DISRUPTIVE ZERO CARBON IRON MAKING PROCESS

SIDÉRURGIE SANS CARBONE NOVATRICE

NOVEL ZERO CARBON IRON MAKING PROCESS

NOUVEAU PROCÉDÉ SIDÉRURGIQUE SANS CARBONE

PATENTED PROCESS FOR ELECTROWINNING IRON FROM COPPERAS AND IRON SULFATES

The FerWIN^™ Process

PROCÉDÉ BREVETÉ DE PRODUCTION DE FER ÉLECTROLYTIQUE À PARTIR DE SULFATES DE FER

Le procédé FerWIN^™

OUTLINE

1. BACKGROUND

2. PILOT UNIT
   

3. WHAT IS COPPERAS?

4. SOURCES OF COPPERAS & FERROUS SULFATES

5. BASIC OF ELECTROWINNING IRON FROM COPPERAS & FERROUS SULFATES

6. ENVIRONMENTAL BENEFITS OF ELECTROWINNING IRON FROM COPPERAS

7. ECONOMIC BENEFITS OF ELECTROWINNING IRON FROM COPPERAS

8. ELECTROLYTIC IRON vs. STEEL

9. INTELLECTUAL PROPERTY RIGHTS WORLDWIDE

10. GET A COMMERCIAL LICENSE OR PURCHASE A PATENT

11. PRESS RELEASES
    

PLAN

1. FONDEMENTS

2. UNITÉ PILOTE
   

3. QU'EST-CE QUE LE COPPERAS?

4. LES SOURCES DE COPPERAS ET DE SULFATES DE FER

5. LES PERFORMANCES DE L'ÉLECTROLYSE DU FER

6. LES AVANTAGES ENVIRONNEMENTAUX DE L'ÉLECTROLYSE DU FER 

7. LES AVANTAGES ÉCONOMIQUES DE L'ÉLECTROLYSE DU FER

8. LE FER ÉLECTROLYTIQUE vs. L'ACIER

9. LA PROPRIÉTÉS INTELLECTUELLE MONDIALE

10. OBTENIR UNE LICENCE COMMERCIALE OU ACHETER UN BREVET

11. COUPURES DE PRESSE
    

PILOT UNIT

We recently build an improved dual pilot installation for electrowinning iron metal and alloys (ca. 1/50 commercial scale) that allows us to perform all the current operation units required by this green and disruptive electrochemical process (e.g., electrowinning, catholyte conditioning and bath dumying, copperas or spent liquors addition, heat exchangers, gas-liquid separation, solid-liquid separations by gravity settling, cycloning and/or filtration, etc.).

This improved setup was designed to mimic an industrial electrolyzer operating under actual conditions with various feed materials. Actually, smaller units were installed in the past at some client sites for demonstration purposes. This in order to support the commercial deployment of the novel technology at various client sites that will use either rectangular polymer concrete cells or cylindrical tanks. For this purpose, we have also optimized and manufactured mixed metal oxide anodes with long service life and low oxygen overvoltage and customized framed membranes.

Finally, using an in-house program and retrieving the experimental data obtained from the piloting campaigns, we can predict with an excellent accurary and reliability the actual performances of the commercial electrolyzer based on the same feed and operating conditions. Our comprehensive database of electrode materials performances under a plethora of operating conditions and electrolytes properties, that were gathered in the last eight years, is in part responsible for its success. This innovative approach has convinced the engineering staffs from our existing clients to favor such pilot campaigns instead of performing expensive large scale tests on-site.

UNITÉ PILOTE

Nous avons récemment construit une unité pilote pour l'électro-extraction du fer et de ses alliages (env. 1/50 de l'échelle commerciale) qui nous permet d'effectuer toutes les opérations unitaires requises par ce procédé électrochimique vert et innovant (électrowinning, conditionnement de la catholyte, ajout de copperas,échangeurs de chaleur, séparation gaz-liquide, séparations solide-liquide par décantation par gravité, cyclonage et filtration, etc.).

Ce montage a été conçu pour imiter un électrolyseur industriel fonctionnant dans des conditions réelles avec diverses sources d'alimentation. Ceci afin de soutenir le déploiement commercial de la nouvelle technologie sur sites chez nos clients qui vont utiliser des cellules en béton polymère rectangulaires ou des réservoirs cylindriques. Pour ce faire, nous avons également optimisé et fabriqué des anodes d'oxydes métalliques mixtes avec une longue durée de vie et une faible surtension d'oxygène et des support pour nos membranes.

Enfin, en utilisant un programme récupérant les données expérimentales obtenues à partir de la campagne pilote, nous pouvons prédire avec une excellente précision et fiabilité les performances réelles de l'électrolyseur commercial basé sur les mêmes sources d'alimentation et de fonctionnement. Notre base de données complète sur les performances des matériaux d'électrodes dans une multitude de conditions de fonctionnement et de propriétés des électrolytes, recueillies au cours de ces 8 dernières années, est en partie responsable de son succès. Cette approche innovante a convaincu les départments d'ingénierie de nos clients existants de favoriser les campagnes pilotes au lieu d'effectuer des tests coûteux à grande échelle sur leur propre site.

BACKGROUND

• The mining and metallurgical industries generate annually 22 million tonnes (as copperas equivalent) of metallurgical wastes and industrial effluents.

• 80% of these wastes are currently disposed-off or land filled without any technological attempt to recycle them.

• More stringent environmental regulations are enforced in North America, Europe, and Asia.

• The only alternative is to recycle the sulfuric acid contained in these wastes and to recover pure electrolytic iron and iron-rich alloys.

•  A true zero-carbon iron making process patented worldwide.

• Electrochem Technologies & Materials inc. business model aims the commercialization of this green and disruptive technology by licensing the technology to address the important issue of iron control in the mining and metallurgical industries.

FONDEMENTS

• Les industries minières et métallurgiques génerent annuellement 22 millions de tonnes (sous forme de copperas contenu) de rejets et résidus métallurgiques ainsi que des effluents industriels.

• 80% de ces déchets sont présentement enfouis ou entreposés sans aucun efforts technologiques pour les recycler.

• Des réglementations  environnementales strictes sont maintenant en vigueur en Amérique du Nord, en Europe, ainsi qu'en Asie.

• La seule alternative est de recycler l'acide sulfurique contenu dans ces déchets et de récupérer le fer électrolytique pur ou le cas écheant des alliages de fer.

•  Un véritable procédé sidérurgique sans carbone breveté mondialement.

• Le modèle d'affaire d'Electrochem Technologies & Matériaux Inc. vise la commercialisation de cette nouvelle technologie verte et innovante en vendant des licences afin d'adresser le problème important du contrôle du fer dans les industries minières et métallurgiques.

WHAT'S COPPERAS?

Copperas is the trade name for ferrous sulfate heptahydrate with chemical formula FeSO₄.7H₂O and CAS No. [7782-63-0]. It is highly soluble in pure water with a mass percentage reaching a maximum of 64.62 wt.% at 56.6°C. Beside copperas, it also exists other ferrous sulfate hydrates usually produced from the copperas and that are listed hereafter:

QU'EST-CE QUE LE COPPERAS?

Le copperas est le nom commercial usuel du sulfate ferreux heptahydraté possédant la formule chimique FeSO₄.7H₂O et le numéro du CAS [7782-63-0]. Il est trés soluble dans l'eau pure avec un pourcentage massique qui atteind un maximum de 64.62 wt.% à 56.6°C. En plus du copperas, il existe aussi d'autres hydrates de sulfate de fer (II) qui sont obtenus à partir du copperas et sont décrits ci-après:

SOURCES OF COPPERAS AND FERROUS SULFATE WASTES

[1] The titanium dioxide pigment plants using the sulfate process represent today the the major source of copperas as illustrated by the table below:

[2] The iron and steelmaking industries represent the third major source of ferrous sulfate containing wastes:

• Approximately 1,500 million tonnes of crude steel are produced annually worldwide.

• 600 million tonnes are heat treated and require acid pickling.

• Despite 80% of pickling plants uses hydrochloric still 20% continue to use sulfuric acid.

• Therefore, about 120 million tonnes of steel are pickled annually in sulfuric acid.

• The pickling losses average 10 kg of iron per tonne of steel.

• This corresponds to 6,000,000 tonnes of copperas equivalents to be recycled annually.

• These spent pickling liquors (SPLs) are discarded when the iron concentration reaches 13 wt.% Fe, that is, 65 wt.% of copperas.

• It is estimated that 6,450,000 million cubic meters (1.703 billion US gallons) of SPLs are discarded annually.
  
  1 million tonnes of steel ≡ 50,000 tonnes copperas lost

LES SOURCES DE COPPERAS ET DE SULFATES DE FER

• Environ 1,500 millions de tonnes d'acier sont produites par an dans le monde.

• 600 million de tonnes sont traitées thermiquement et donc requiert un traitement en bain de décapage.

• Malgre le fait que 80% des usines utilisent de l'acide chlorhydrique il reste encore 20% des usines qui continuent d'utiliser l'acide sulfurique.

• Par conséquent, environ 120 millions de tonnes d'acier sont décapées par an dans l'acide sulfurique.

• Les pertes de décapages sont en moyenne de 10 kg de fer par tonne d'acier.

• Cela corresponds a 6,000,000 tonnes de copperas equivalent produites annuellement.

• Ces liqueurs de décapage sont rejetées lorsque la pourcentage massique de fer atteint 13% Fe, c-à-d, 65% de copperas.

• Nous estimons qu'il y a 6,450,000 millions de mètre cubes (1.703 milliard de gallons US) de ces solutions de décapage rejetées ou neutralisées par an.
  
  1 million de tonnes d'acier ≡ 50,000 tonnes copperas perdues

PERFORMANCES OF THE FerWIN™ PROCESS

• PERFORMANCES

• LOW CELL VOLTAGE

• HIGH CURRENT DENSITY

• ELEVATE THROUGHTPUT
  

• NO SIDE REACTIONS

• PRODUCTS

• PURE ELECTROLYTIC IRON

• IRON-RICH ALLOYS (IRON-VANADIUM, IRON-CHROMIUM, IRON-MANGANESE, IRON-NICKEL)
  

• PURE OXYGEN GAS

• SULFURIC ACID
  

• OPTIONS

• IRON METAL FLAKES

• IRON METAL PLATES
  

• IRON METAL POWDER

• IRON METAL FOIL

LES PERFORMANCES DU PROCEDE FerWIN™

• PERFORMANCES

• FAIBLE TENSION DE  CELLULE

• HAUTE DENSITÉ DE COURANT

• PRODUCTION HORAIRE ELEVÉE
  

• PAS DE RÉACTIONS PARASITES

• PRODUITS

• FER ÉLECTROLYTIQUE PUR

• ALLIAGES DE FER (FER-VANADIUM, FER-CHROME, FER-NICKEL, FER-MANGANESE)
  

• OXYGÈNE PUR

• ACIDE SULFURIQUE
  

• OPTIONS

• PLAQUES DE FER

• COPEAUX DE FER
  

• POUDRE DE FER

• TÔLES DE FER

ENVIRONMENTAL BENEFITS OF ELECTROWINNING IRON

• GREEN DISRUPTIVE IRON-MAKING PROCESS

• ZERO-CARBON FOOT-PRINT

• LOW WATER CONSUMPTION

• OXYGEN GAS AS BY-PRODUCT

• ROBUST AND EFFICIENT PROCESS

• RECOVERY OF PURE IRON METAL

• IRON-RICH ALLOYS (IRON-VANADIUM, IRON-CHROMIUM, IRON-MANGANESE, IRON-NICKEL)

• LOW SPECIFIC ENERGY CONSUMPTION

• SUSTAINABLE TECHNOLOGY

• RECYCLES SULFURIC ACID

• REDUCES WASTES VOLUMES
  

• WIDE OPERATING SPAN

• SMALL FOOT-PRINT

LES AVANTAGES ENVIRONNEMENTAUX DE L'ÉLECTROLYSE DU FER

• PROCÉDÉ VERT ET INNOVANT

• AUCUNE EMPREINTE CARBONE

• FAIBLE CONSOMMATION D'EAU

• OXYGÈNE PUR COMME SOUS-PRODUIT

• TECHNOLOGIE ROBUSTE ET EFFICACE

• RÉCUPÈRATION DE FER MÉTALLIQUE PUR

• ALLIAGES DE FER (FER-VANADIUM, FER-CHROME, FER-NICKEL, FER-MANGANESE)

• FAIBLE CONSOMMATION D'ÉNERGIE SPÉCIFIQUE

• TECHNOLOGIE PROPRE

• RECYCLAGE DE L'ACIDE SULFURIQUE

• RÉDUCTION DU VOLUME DES DÉCHETS
  

• DOMAINE D'OPÉRATION ÉTENDU

• FAIBLE ENCOMBREMENT AU SOL

ECONOMIC BENEFITS OF THE FerWIN™ PROCESS

• COSTS & BENEFITS

• LOW CAPEX & OPEX

• HIGH PROFITABILITY WITH ACCESS TO AFFORDABLE ELECTRICITY

• COMMERCIAL DEPLOYMENT

• AFFORDABLE EQUIPMENT

• MODULAR DESIGN
  

• BROWNFIELD IMPLEMENTATION

• RAPID EXPANSION

• COMPETITIVE ADVANTAGE FROM ELECTROCHEM

• SUPPLY OF INDUSTRIAL ELECTRODES

• CATHODE BLANK OR STARTER SHEETS

• EXCLUSIVE TECHNICAL SUPPORT
  

LES AVANTAGES ÉCONOMIQUES DE L'ÉLECTROLYSE DU FER

• COUTS ET BÉNÉFICES

• FAIBLE INVESTISSEMENT EN CAPITAL ET FAIBLE COUT D'OPÉRATION

• PROFITABILITÉ ÉLEVÉE AVEC ACCÈS À DE L'ÉLECTRICITÉ BON MARCHÉ

• DÉPLOYEMENT COMMERCIAL

• ÉQUIPEMENTS DISPONIBLES COMMERCIALEMENT

• CONCEPTION MODULAIRE
  

• INSTALLATION SUR SITE PRÉ-EXISTANT

• AGRANDISSEMENT RAPIDE

• AVANTAGES COMPÉTITIFS OFFERT PAR ELECTROCHEM

• FOURNISSEUR D'ÉLECTRODES INDUSTRIELLES

• CATHODES OU PLAQUE DE DEMARRAGE

• SUPPORT TECHNIQUE EXCLUSIF

ELECTROLYTIC IRON vs. STEEL

Electrolytic iron is one of the purest form of metallic iron along with carbony iron. However, by contrast with the latter it is absolutely devoid of carbon that means it is the pure alpha-iron allotrope while other pure iron products are always made of ferrite (i.e., solid solution of carbon into alpha-iron). The elevate purity of electrolytic iron makes it suitable for various purposes such as in iron cores for electromagnets, diamond tools manufacturing, chemicals, food additives and pharmaceutical industries.

Despite nowadays electrolytic iron is a niche market by comparison of the other iron products, the aim of the iron electrowinning technology is to largely widen its use and to offer a greener alternative to conventional steel making by  matching the current price for high quality steel due to the low OPEX in order to offer a sustainable and affordable alternative to steel making.

Actually, the prevailing Blast furnace process produces pig iron from iron ore using carbon as reductant; the process releases carbon dioxide to the atmosphere as a byproduct while the pig iron produced is further refined inside a BOF by blowing oxygen to yield low carbon steel. Moreover, the energy consumed during the smelting and slagging steps together with the carbon dioxide emissions are rather significant. based on published data in: Fruehan, R.J.; Fortoni, O.; Paxton, H.W.; and Brindle, R. (2000) - Theoretical Minimum Energies To Produce Steel for Selected Conditions. -  Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA. 

From the report, the actual specific energy consumption for producing a steel slab by smelting, steelmaking and hot rolling is on average 22.95 GJ per tonne of steel slab (6.38 MWh/tonne) while the greenhouse gases (GHGs) emission is on average 1.8 tonne of CO₂ per tonne of steel. This must be compared with a specific energy consumption that can be as low as 2.90 MWh per tonne of pure electrolytic iron with only oxygen gas as by-product with a relatively low OPEX.

Howerver, we are also realistic and we are not expecting steelmakers to strip down their existing facilities but rather promote the new technology for either expanding their current production capacity or when  building new facilities by accessing the large pool of copperas and ferrous sulfates currently available worldwide.

Moreover, the technology is also highly attractive for new projects in the metallurgy of nonferrous metals and the recycling of spent pickling liquors.

LE FER ÉLECTROLYTIQUE vs. L'ACIER

Le fer électrolytique est l'une des formes les plus pures du fer métallique avec le fer carbonyle. Cependant, contrairement à ce dernier, il est absolument dépourvu de carbone, ce qui signifie qu'il est l'allotrope du fer alpha tandis que les autres produits de fer pur sont toujours faits de ferrite (c'est-à-dire une solution solide de carbone dans le fer alpha). La pureté élevée du fer électrolytique le rend approprié à diverses utilisations telles que dans les noyaux de fer pour les électro-aimants, la fabrication d'outils diamantés, les produits chimiques, les additifs alimentaires et les industries pharmaceutiques.

Malgré le fait que le fer électrolytique est aujourd'hui un marché de niche comparé aux autres produits du fer, la technologie de l'électro-extraction du fer a pour but d'élargir son utilisation et d'offrir une alternative plus écologique à la sidérurgie conventionnelle. Le faible cout de production permet d'offrir une alternative compétitive, durable et abordable à la fabrication de l'acier.

En fait, le procédé de haut fourneau conventionel produit de la fonte à partir de minerai de fer en utilisant du carbone comme réducteur; le processus libère du dioxyde de carbone dans l'atmosphère en tant que sous-produit, la fonte est ensuite convertie en acier bas carbone par injection d'oxygène. De plus, l'énergie consommée pendant les étapes de fusion et de scorification ainsi que les émissions de dioxyde de carbone sont plutôt importantes basé sur des données publiées dans: Fruehan, R.J .; Fortoni, O .; Paxton, H.W .; et Brindle, R. (2000) - Theoretical Minimum Energies To Produce Steel for Selected Conditions. - Université de Carnegie Mellon, Pittsburgh, PA.

Selon ce rapport, la consommation d'énergie spécifique pour la production d'une plaquee d'acier par smeltage, sidérurgie et laminage à chaud est en moyenne de 22.95 GJ par tonne de dalle d'acier (6.38 MWh/tonne) alors que l'émission de gaz a effet de serres (GES) est en moyenne de 1.8 tonne de CO₂ par tonne d'acier. Ceci doit être comparé à une consommation d'énergie spécifique qui peut être aussi faible que 2.90 MWh par tonne de fer électrolytique pur avec seulement de l'oxygène gazeux comme sous-produit tout cela avec un bas cout de production.

Cependant, nous sommes également très réalistes et nous ne nous attendons pas à ce que les aciéristes renoncent à leurs installations existantes, mais plutôt favorisent cette nouvelle technologie lors de projets d'expansion pour accroitre leur capacité ou l'envisage pour la construction de nouvelles installations en accédant au grand bassin de copperas et de sulfates ferreux actuellement disponibles à travers le monde.

Cette technologie est aussi une solution prométeuse pour les nouveaux projets miniers et metallurgiques des métaux non ferreux à travers le monde sans oublier le recyclage des solutions de décapage.

INTELLECTUAL PROPERTY RIGHTS WORLDWIDE

Electrochem Technologies & Materials Inc. owns the exclusive rights for the patented FerWIN™ Process worldwide. The patent is now granted and enforced in key jurisdictions for the project such as Brazil (BR), Canada (CA), China (CN), Japan (JP), Europe (EU): France (FR), Italy (IT), Spain (ES), Slovenia (SI), Belgium (BE), Germany (DE), the United Kingdom (UK), Norway (NO), Sweden (SE) and Finland (FI), South Africa (RSA), and India (IN) while it it is still pending in Brazil.

For more details go to

LA PROPRIÉTÉ INTELLECTUELLE DANS LE MONDE

Electrochem Technologies & Materiaux Inc. détient les droits exclusifs pour le monde entier de la technologie brevetée FerWIN™. Le brevet a été octroyé et est en vigueur dans les jurisdictions importantes pour le projet: Bresil, Canada, Chine, Japon, Europe: France (FR), Italie (IT), Espagne (ES), Slovénie (SI), Belgique (BE), Allemagne (DE), le Royaume Uni (UK), la Norvège (NO), La Suède (SE) et la Finlande (FI), Afrique du Sud, et Inde) tandis qu'il est encore en attente au Brésil.

PURCHASE A COMMERCIAL LICENSE OR A FULL PATENT

Electrochem Technologies & Materials Inc. is willing to license the FerWIN™ Process worldwide and the company began negotiating both patent optioning and licensing agreements with its existing long term customers who tested the technology at our facilities or on-site but we were also approached by the newcomers in the mining, metallurgical and chemical industries. Usually, the optioning and licensing agreement are determined according to several criteria such as:

BY FIELD OF USE

BY JURISDICTIONS

VARIOUS ROYALTIES PAYMENT OPTIONS

ACHETER UNE LICENCE COMMERCIALE OU UN BREVET

Electrochem Technologies & Materiaux Inc. est prête à vendre des licences de sa technologie FerWIN™ dans le monde entier et la société a déjà commencée à négocier des accords d'option d'achat et de licence avec ses clients de longue date qui ont tous testé la technologie soit dans nos installations ou sur leur site mais nous sommes aussi sollicité par des nouveaux venus dans les industries minière, métallurgique et chimique. Habituellement, l'accord d'option d'achat et de licence est déterminé en fonction de plusieurs critères dont:

PAR UTILISATION

PAR JURISDICTIONS

ROYAUTÉES ET MODE DE PAIEMENT 

PRESS RELEASES ABOUT THE FERWIN PROCESS

Green process for electrowinning of iron and regenerating sulfuric acid. Published in Advanced Materials & Processes (ASM Internetalional, Materials Park, OH, USA), January 2011 [PDF file (116 KB)].

Electrowinning of iron and concurrent regeneration of sulfuric acid from copperas and iron-rich sulfate wastes by Gerald Parkinson. Published in CHEMENTATOR section of Chemical Engineering Magazine (New York City, NY, USA), June 2010 [PDF file (296 KB)].

Electrolysis makes a winning solution. - by Jane Gibson Published in ICIS Chemicals (London, UK), October 2018 [PDF file (377 KB)].

COUPURES DE PRESSE SUR LA TECHNOLOGIE FERWIN

Green process for electrowinning of iron and regenerating sulfuric acid. Published in Advanced Materials & Processes (ASM Internetalional, Materials Park, OH), January 2011 [PDF file (116 KB)].

Electrowinning of iron and concurrent regeneration of sulfuric acid from copperas and iron-rich sulfate wastes by Gerald Parkinson. Published in CHEMENTATOR section of Chemical Engineering Magazine (New York City, NY), June 2010 [PDF file (296 KB)].

Electrolysis makes a winning solution. - by Jane Gibson Published in ICIS Chemicals (London, UK), October 2018 [PDF file (377 KB)].