in

Décarboniser l'industrie : développement d'une nouvelle façon de recycler l'acier

SciTechDaily

Une nouvelle technologie de recyclage de l'acier de l'Université de Toronto pourrait révolutionner l'industrie en éliminant les impuretés par voie électrochimique, en favorisant une production de qualité supérieure et en contribuant aux efforts mondiaux de développement durable.

La professeure d'ingénierie Gisele Azimi et son équipe de recherche de l'Université de Toronto ont développé une nouvelle méthode électrochimique pour extraire les contaminants comme le cuivre de la ferraille d'acier.

Des chercheurs du département d'ingénierie de l'Université de Toronto ont développé une nouvelle technique de recyclage de l'acier qui pourrait aider à décarboner divers secteurs manufacturiers et à promouvoir une économie circulaire de l'acier. L'approche est détaillée dans une étude récente publiée dans Ressources, conservation et recyclageet a été co-écrit par Jaesuk (Jay) Paeng, William Judge et le professeur Gisele Azimi.

Il présente un électrolyte oxysulfure innovant pour l'électroraffinage, une manière alternative d'éliminer les impuretés de cuivre et de carbone de l'acier en fusion. Le processus génère également du fer liquide et du soufre comme sous-produits.

« Notre étude est le premier cas rapporté d'élimination électrochimique du cuivre de l'acier et de réduction des impuretés en dessous de alliage niveau », explique Azimi, titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les innovations minières urbaines.

Défis de la production d’acier actuelle

Actuellement, seulement 25 % de l’acier produit provient de matériaux recyclés. Mais la demande mondiale pour un acier plus vert devrait croître au cours des deux prochaines décennies, à mesure que les gouvernements du monde entier s’efforcent d’atteindre leurs objectifs de zéro émission nette.

L'acier est créé en faisant réagir du minerai de fer avec du coke – une forme préparée de charbon – comme source de carbone et en soufflant de l'oxygène à travers le métal produit. Les procédés standards actuels génèrent près de deux tonnes de dioxyde de carbone par tonne d’acier produite, ce qui fait de la production d’acier l’un des principaux contributeurs aux émissions de carbone du secteur manufacturier.

Jaesuk Paeng et Gisèle Azimi

De gauche à droite : Jaesuk (Jay) Paeng, candidat au doctorat à l'Université de Toronto, se tient à côté du professeur Gisele Azimi et tient la nouvelle cellule électrochimique de l'équipe qui peut résister à des températures allant jusqu'à 1 600 degrés Celsius tout en éliminant électrochimiquement les contaminants de l'acier à l'aide d'un électrolyte à base de scories. Crédit : Safa Jinje / Ingénierie de l'Université de Toronto

Les méthodes traditionnelles de recyclage de l’acier utilisent un four à arc électrique pour faire fondre la ferraille. Puisqu’il est difficile de séparer physiquement le cuivre des déchets avant de le fondre, cet élément est également présent dans les produits en acier recyclés.

« Le principal problème de la production d'acier secondaire est que la ferraille recyclée peut être contaminée par d'autres éléments, notamment le cuivre », explique Azimi. « La concentration de cuivre augmente à mesure que vous ajoutez davantage de ferraille à recycler, et lorsqu'elle dépasse 0,1 pourcentage en poids (% en poids) dans le produit sidérurgique final, cela nuira aux propriétés de l'acier. »

Avantages de la nouvelle méthode

Le cuivre ne peut pas être retiré de la ferraille d'acier en fusion à l'aide des pratiques traditionnelles de fabrication d'acier au four à arc électrique, ce qui limite le marché secondaire de l'acier à la production de produits en acier de moindre qualité, tels que les barres d'armature utilisées dans l'industrie de la construction.

« Notre méthode peut étendre le marché secondaire de l'acier à différentes industries », explique Paeng. « Il a le potentiel d'être utilisé pour créer des produits de qualité supérieure tels que des bobines galvanisées laminées à froid utilisées dans le secteur automobile, ou des tôles d'acier pour l'emboutissage profond, utilisées dans le secteur des transports. »

Pour éliminer le cuivre du fer en dessous de 0,1 % en poids, l'équipe a dû d'abord concevoir une cellule électrochimique capable de résister à des températures allant jusqu'à 1 600 degrés. Celsius.

À l’intérieur de la cellule, l’électricité circule entre l’électrode négative (cathode) et l’électrode positive (anode) à travers un nouvel électrolyte oxysulfuré conçu à partir de scories – un déchet dérivé de la fabrication de l’acier qui finit souvent dans le ciment ou les décharges.

«Nous mettons notre fer contaminé contenant l'impureté de cuivre comme anode de la cellule électrochimique», explique Azimi. « Nous appliquons ensuite une force électromotrice, qui est la tension, avec une alimentation électrique et nous forçons le cuivre à réagir avec l'électrolyte. »

« L'électrolyte vise à éliminer le cuivre du fer lorsque nous appliquons de l'électricité à la cellule », ajoute Paeng.

« Lorsque nous appliquons de l’électricité sur un côté de la cellule, nous forçons le cuivre à réagir avec l’électrolyte et à sortir du fer. À l’autre extrémité de la cellule, nous produisons simultanément du nouveau fer.

Le laboratoire d'Azimi a collaboré avec Tenova Goodfellow Inc., un fournisseur mondial de technologies, de produits et de services avancés pour les industries métallurgiques et minières. Pour l’avenir, l’équipe souhaite permettre au processus d’électroraffinage d’éliminer d’autres contaminants de l’acier, notamment l’étain.

« Le fer et l'acier sont les métaux les plus utilisés dans l'industrie, et je pense que le taux de production atteint 1,9 milliard de tonnes par an », explique Azimi. « Notre méthode a un grand potentiel pour offrir à l'industrie sidérurgique un moyen pratique et facilement mis en œuvre de recycler l'acier afin de répondre davantage à la demande mondiale d'acier de haute qualité. »

SciTechDaily

Renverser les croyances traditionnelles – Des scientifiques de Cambridge ont découvert de « nouvelles règles du système immunitaire »

SciTechDaily

Des scientifiques utilisent CRISPR pour transformer la canne à sucre en une super culture