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

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

Even voorstellen Jacques Wijenberg Recycling van verzinkt staalschrot 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

Even voorstellen Arjen Velzel Recycling van verzinkt staalschrot 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

Recycling van verzinkt staalschrot Tata Steel

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

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

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

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

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

28 miljoen ton ruwijzer jaarlijks 80000 werknemers Recycling van verzinkt staalschrot 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 Tata Steel Group has built an imposing presence around the globe. During the financial year 2009-10, the Group recorded deliveries of 24 million tonnes against 28 million tonnes in the previous year, the decline being a reflection of the global economic slowdown mainly in the UK and European operations. 11 11

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

Marktsectoren Automotive Construction Energy & Power Recycling van verzinkt staalschrot Marktsectoren Automotive Construction Energy & Power Lifting & Excavating Packaging Rail Aerospace Consumer Goods Defence & Security Construction Building Envelope Structure, Fit out Industry & portfolio Consumer goods, Shipbuilding, Aerospace, Defence & Security 13 13

Inleiding Laag koolstofstaal heeft uitstekende bulk eigenschappen Recycling van verzinkt staalschrot 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, ...

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

Recycling van verzinkt staalschrot Hot dip galvanising

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

Recycling van staalschroot Recycling van verzinkt staalschrot Recycling van staalschroot Staalschroot wordt gebruikt als koelmiddel bij oxystaalproces Ruwijzer (4 – 5 % C, P, S) + O2(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

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

Pourbaix diagram van ijzer en zink Recycling van verzinkt staalschrot Pourbaix diagram van ijzer en zink ijzer zink

Pourbaix diagram vereenvoudigd Recycling van verzinkt staalschrot Pourbaix diagram vereenvoudigd 7 14 pH ijzer 7 14 pH zink 2.0 1.6 1.2 0.8 potentiaal 0.4 0.0 -0.4 -0.8 -1.2 -1.6

Welk medium zouden jullie kiezen? Recycling van verzinkt staalschrot Welk medium zouden jullie kiezen? Natronloog, want dan lost staalsubstraat niet op

Thermodynamica en kinetiek Recycling van verzinkt staalschrot Thermodynamica en kinetiek Oplossen van zinkdeklaag (spontaan) Zn wordt geoxideerd tot zinkaat: H2O wordt gereduceerd tot H2(g): Staalbasis passiveert (oxydehuidje) H2(g) is snelheidsbepalend H2(g) aan Zn verloopt erg traag Verzinkt staalschroot moet daarom worden kortgesloten met ander metaal dat H2(g) katalyseert (blank staal!) Oplossnelheid van zinkdeklaag kan zo ca. 200 keer worden verhoogd (kwartiertje i.p.v. 2 dagen)!

Volcano plot Volmer-Tafel 1: M + H+ + e- → M-H 2: 2M-H → 2M + H2(g) Recycling van verzinkt staalschrot Volcano plot Volmer-Tafel 1: M + H+ + e- → M-H 2: 2M-H → 2M + H2(g) Volmer-Heyrovsky 2: M-H + H+ + e- → M+H2(g) 1: vorming M-H binding 2: verbreken M-H binding

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

Barrière voorkomt UPD van Zn op Fe Recycling van verzinkt staalschrot Barrière voorkomt UPD van Zn op Fe

Stroomsterkte met en zonder membraan tussen Zn en Fe Recycling van verzinkt staalschrot Stroomsterkte met en zonder membraan tussen Zn en Fe met zonder

Recycling van verzinkt staalschrot Ontzinkfabriek

Zink morfologie i/il  0 i/il > 1 i/il  1 surfactant Recycling van verzinkt staalschrot Zink morfologie i/il  0 i/il > 1 i/il  1 surfactant