Analysis on copper, lead and tin removal in steel scrap sorting : Technologies involved, environmental considerations and economic aspects

With the urgency of cutting down CO2 emissions to reach climate neutrality by 2050, decarbonization of the steel industry is on the European Commission's agenda. Steelmaking accounts for 10 % of anthropogenic CO2 emissions and it is one of the most challenging sectors to decarbonize. A solution that could support this progressive shift is to put more trust into the electric arc furnace (EAF) process, which relies on steel scrap as the main feedstock, but currently it is only responsible for 40% of the EU steelmaking. The almost remaining percentage is taken by the blast furnace route. Multiple European blast furnaces are currently closing due to low demands, high competition on imports and extremely high energy prices for production due to the Russian invasion of Ukraine situation. This particular moment could the proper time for increasing the employment of the EAF process. Moreover, the latter could help to improve resource efficiency and circularity of steel scrap thanks to the usage of higher shares of it, creating a “closed loop” for the steel industry. The reality of using more steel scrap is not actually very far from where we are, however, this will not be easy to reach. In fact, to ensure that the steel scrap is recycled "infinite" times it must contain very low quantities of impurities, such as copper (Cu}, tin (Sn) and lead (Pb}. Most of the times, this does not happen. Thus scrap is diluted with virgin iron to disperse those unwanted elements. This practice leads to a gradual decline of steel scrap quality, which is not in accordance with what it has just stated above. To worsen this situation even more, forecast is predicting increasing quantities of Cu that will accumulate into the steel scrap streams, due to the expected rising electric vehicles production. The aim of the following thesis work is to set a model to design a potential sorting solution to provide a higher copper (the most annoying cause of concern) removal rate in steel scrap, considering the economic and environmental implications of its implementation in the industry. Nonetheless, the presence of even lead and tin will also be taken into account. Results showcases that it is possible to get better impurities removal compared to what it has been done in many EU steel scrapyards, with ballistic separation as an additional refining separation step. Moreover, it is also an economically convenient and easy implementable solution that would assure higher quality steel scrap downstream of the process and that would also bring substantial economic and environmental benefits.Med det brådskande att minska CO2-utsläppen för att nå klimatneutralitet till 2050, står avkarbonisering av stålindustrin på EU-kommissionens agenda. Ståltillverkning står för 10 % av antropogena koldioxidutsläpp och det är en av de mest utmanande sektorerna att ta bort koldioxid. En lösning som skulle kunna stödja denna progressiva förändring är att sätta mer förtroende till den elektriska ljusbågsugnsprocessen (EAF), som är beroende av stålskrot som huvudråvara, men för närvarande är den bara ansvarig för 40 % av ståltillverkningen i EU. Den nästan återstående andelen tas av masugnsvägen. Flera europeiska masugnar stängs för närvarande på grund av låga krav, hög konkurrens på import och extremt höga energipriser för produktion på grund av den ryska invasionen av Ukraina. Just detta ögonblickkan vara fördelaktigt för att öka sysselsättningen av EAF-processen. Dessutom skulle det senare kunna bidra till att förbättra resurseffektiviteten och cirkulariteten för stålskrot tack vare användningen av högre andelar av det, vilket skapar en "sluten slinga" för stålindustrin. Verkligheten med att använda mer stålskrot är faktiskt inte särskilt långt ifrån där vi är, men detta kommer inte att vara lätt att nå. Faktum är att för att säkerställa att stålskrotet återvinns "oändliga" gånger måste det innehålla mycket små mängder föroreningar, såsom koppar (Cu), tenn (Sn) och bly (Pb). Oftast händer detta inte. Således späds skrot med jungfruligt järn för att skingra dessa oönskade element. Denna praxis leder till en gradvis försämring av stålskrotskvaliteten, vilket inte är i enlighet med vad den nyss har angett ovan. För att förvärra denna situation ännu mer, förutspår prognosen ökande mängder Cu som kommer att ackumuleras i stålskrotströmmarna, på grund av den förväntade ökande produktionen av elfordon. Syftet med följande examensarbete är att sätta en modell för att designa en potentiell sorteringslösning för att ge en högre kopparavskiljningshastighet (den mest irriterande orsaken till oro) i stålskrot, med tanke på de ekonomiska och miljömässiga konsekvenserna av dess implementering i industrin. Icke desto mindre kommer förekomsten av jämnt bly och tenn också att beaktas. Resultaten visar att det är möjligt att få bättre bortförsel av föroreningar jämfört med vad man har gjort på många stålskrotvarv i EU, med ballistisk separering som ett extra raffineringssteg. Dessutom är det också en ekonomiskt bekväm och lätt implementerbar lösning som skulle säkerställa högre kvalitet stålskrot nedströms om processen och som också skulle ge betydande ekonomiska och miljömässiga fördelar