Jacques Wijenberg en Arjen Velzel Recycling van verzinkt

Jacques Wijenberg en Arjen Velzel Recycling van verzinkt staalschrot Workshop Woudschoten Chemie Conferentie 2013 Together we make the difference

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Rode draad 1 Even voorstellen 2 Overview van coatings op staal met aanbrengtechnieken 3 Recycling van verzinkt staalschrot 4 Keuze medium voor ontzinken (Pourbaix diagram) 5 Galvanische koppeling Zn-Fe (experiment) 6 Electrowinning van zink (experiment) Slide 2

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Slide 3 Even voorstellen § Jacques Wijenberg § 1975 -1981: Jeanne d’Arc Lyceum Maastricht (2004: Porta Mosana College) § 1981 -1986: Rijksuniversiteit Utrecht • Hoofdvak: Fysische en colloïdchemie (elektrochemie) • Bijvak: Theoretische chemie § 1986 -1990: Promotieonderzoek § 1990 -1992: Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging (KNCV) § vanaf 1992: Hoogovens – Corus (1999) – Tata (2007) • Electroplating processen binnen Tata Steel

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Even voorstellen § Arjen Velzel § 1983 -1989: Gymnasium Felisenum Velsen-Zuid § 1989 -1995: Universiteit van Amsterdam • Afstudeerrichting: (Bio) Organische chemie § 1996 -1998: Shell Research & Technology Centre Amsterdam § 1998 -2006: Holland Novochem, Nieuwegein • Onderzoek naar additieven voor industriële koelwatersystemen § vanaf 2006: Corus - Tata (2007) • Elektrochemische testen voor gecoat (verpakkings)staal Slide 4

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Slide 5

Recycling van verzinkt staalschrot 1 Tata Group 2 Tata Steel Slide 6 6

Recycling van verzinkt staalschrot 1 Tata Group 2 Tata Steel Slide 7 7

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Slide 8 Tata Group § India’s grootste werkgever in private sector § 456000 werknemers § Aanwezig in meer dan 80 landen § Omzet in 2012 -13: $100 miljard 8

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Slide 9 Grootste bedrijven § Tata Steel § Tata Motors (Jaguar, Land Rover) § Tata Consultancy Service § Tata Power § Tata Chemicals § Tata Global Beverages § Tata Communications § Indian Hotels 9

Recycling van verzinkt staalschrot 1 Tata Group 2 Tata Steel Slide 10 10

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Slide 11 Tata steel § 2007: Overname Corus § 1999: Fusie British Steel en Hoogovens § 28 miljoen ton ruwijzer jaarlijks § 80000 werknemers § Productie sites in 26 landen verspreid over 5 continenten § Omzet 2012 -13: $25 miljard 11

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Slide 12 R&D sites Teesside Technology Centre Teesside IJmuiden Technology Centre IJmuiden Jamshedpur Rotherham Coventry UK total: 250 FTE Swinden Technology Centre Automotive Engineering Group Netherlands: 350 FTE India R&D, Scientific Services India: 160 (R&D) + 290 (SS) FTE = full time employee 12

Recycling van verzinkt staalschrot Slide 13 Tata Steel Marktsectoren Automotive Construction Energy & Power Lifting & Excavating Packaging Rail Aerospace Consumer Goods Defence & Security 13

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Inleiding § Laag koolstofstaal heeft uitstekende bulk eigenschappen § Hoge sterkte, vervormbaarheid, goedkoop, recyclebaar § Laag koolstofstaal is gevoelig voor corrosie § Coating is nodig voor verbetering van oppervlakte eigenschappen § Corrosiebescherming, lasbaarheid, uiterlijk, . . . Slide 14

Recycling van verzinkt staalschrot Slide 15 Tata Steel Welke metallische deklagen worden aangebracht op staalband? § Zn (420 °C), Sn (232 °C) via ‘hot dip galvanising’ § Zn, Sn, Ni, Cr, Cu. Zn via ‘electroplating’ zink tin

Recycling van verzinkt staalschrot Hot dip galvanising Tata Steel Slide 16

Recycling van verzinkt staalschrot Slide 17 Tata Steel Electroplating down-pass steel strip anode bridge tin anode bar partition wall up-pass

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Slide 18 Recycling van staalschroot § Staalschroot wordt gebruikt als koelmiddel bij oxystaalproces § Ruwijzer (4 – 5 % C, P, S) + O 2(g) + koelschroot → staal (0. 2 % C) § Ca. 250 kg staalschrot per ton staal § Problemen bij gebruik van verzinkt staalschroot als koelmiddel § Verontreiniging van oxykalkslik met zink (< 1. 5 % Zn) § Oxykalkslik kan niet meer worden gerecycled in hoogoven § Zinkgehalte is te laag om zink te scheiden van oxykalkslik § Dus alleen ‘schoon’ staalschrot kan worden gebruikt als koelmiddel

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Scheiden van zink en staal § Mechanisch (schuren, zandstralen, . . . ) § Onpraktisch § Chemisch § Oplossen van zinklaag in zuur of loog Slide 19

Recycling van verzinkt staalschrot Slide 20 Tata Steel Pourbaix diagram van ijzer en zink ijzer zink

Recycling van verzinkt staalschrot Slide 21 Tata Steel Pourbaix diagram vereenvoudigd ijzer 2. 0 zink 1. 6 potentiaal 1. 2 0. 8 0. 4 0. 0 -0. 4 -0. 8 -1. 2 -1. 6 0 7 p. H 14

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Welk medium zouden jullie kiezen? § Natronloog, want dan lost staalsubstraat niet op Slide 22

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Slide 23 Thermodynamica en kinetiek § Oplossen van zinkdeklaag (spontaan) § Zn wordt geoxideerd tot zinkaat: § H 2 O wordt gereduceerd tot H 2(g): § Staalbasis passiveert (oxydehuidje) § H 2(g) is snelheidsbepalend § H 2(g) aan Zn verloopt erg traag § Verzinkt staalschroot moet daarom worden kortgesloten met ander metaal dat H 2(g) katalyseert (blank staal!) § Oplossnelheid van zinkdeklaag kan zo ca. 200 keer worden verhoogd (kwartiertje i. p. v. 2 dagen)!

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Slide 24 Volcano plot Volmer-Tafel 1: M + H+ + e- → M-H 2: 2 M-H → 2 M + H 2(g) Volmer-Heyrovsky 1: M + H+ + e- → M-H 2: M-H + H+ + e- → M+H 2(g) 1: vorming M-H binding 2: verbreken M-H binding

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel Slide 25 Geleidelijk (via variabele weerstand) kortsluiten van Zn en Fe paradoxale batterij: levert meer stroom bij meer belasting!