Recycled gum arabic as a high-performance binder to replace corn starch in self-reducing briquettes

In the context of the transition towards a more sustainable steel industry, the recovery of process by-products represents a crucial strategy. This thesis work investigates the valorization of mill scale, a steelmaking residue with high iron content, through the production of self-reducing briquettes. The main objective is to evaluate the effectiveness of recycled gum arabic, recovered from clarification residues of the wine industry, as a sustainable alternative organic binder, comparing its performance with that of the more common corn starch. The experimentation involved the preparation of briquettes combining mill scale with three different reducing agents: olive pomace pyrolyzed at two different temperatures (750 °C and 350 °C) and cupola furnace dust. After a preliminary binder optimization stage, which identified the gum arabic dried for 180 minutes as the most performing variant, the samples were subjected to mechanical and metallurgical characterization. The results highlighted that, although starch favors greater cold densification, recycled gum arabic confers superior toughness to the briquettes, guaranteeing excellent mechanical performances, with maximum Impact Resistance Index (IRI) values and compressive strength over 18 MPa. From a metallurgical point of view, the use of recycled gum arabic proved decisive for high-temperature dimensional stability: unlike starch, which caused catastrophic swelling phenomena in mixtures with biomass, reaching volumetric variations of 153.62% at 900 °C, gum arabic favored volumetric shrinkage, maintaining the integrity of the samples. Smelting tests confirmed the effectiveness of the reductive process for both binders, with gum arabic showing an increase of 9.06% in the degree of metallization for the most critical mixture among those tested. The study therefore demonstrates the technical feasibility of using recycled gum arabic, promoting an industrial synergy between the steel and wine supply chains.

Nel contesto della transizione verso un'industria siderurgica più sostenibile, il recupero dei sottoprodotti di processo rappresenta una strategia cruciale. Il presente lavoro di tesi indaga la valorizzazione della scaglia di laminazione, un residuo siderurgico ad alto contenuto di ferro, attraverso la produzione di bricchette autoriducenti. L'obiettivo principale è valutare l'efficacia della gomma arabica riciclata, recuperata dai residui di chiarifica dell'industria enologica, come legante organico alternativo sostenibile, confrontandone le prestazioni con quelle del più comune amido di mais. La sperimentazione ha coinvolto la preparazione di bricchette combinando la scaglia di laminazione con tre diversi agenti riducenti: sansa di oliva pirolizzata a due diverse temperature (750 °C e 350 °C) e polvere di cubilotto. Dopo una fase preliminare di ottimizzazione del legante, che ha identificato nella gomma arabica essiccata per 180 minuti la variante più performante, i campioni sono stati sottoposti a caratterizzazione meccanica e metallurgica. I risultati hanno evidenziato che, sebbene l'amido favorisca una maggiore densificazione a freddo, la gomma arabica riciclata conferisce alle bricchette maggiore tenacità, garantendo prestazioni meccaniche eccellenti, con valori di Impact Resistance Index (IRI) massimi e resistenze a compressione superiori a 18 MPa. Dal punto di vista metallurgico, l'utilizzo della gomma arabica riciclata si è rivelato determinante per la stabilità dimensionale ad alta temperatura: a differenza dell'amido, che ha causato fenomeni di rigonfiamento catastrofico nelle miscele con biomassa, raggiungendo variazioni volumetriche del 153.62% a 900 °C, la gomma arabica ha favorito il ritiro volumetrico, mantenendo l'integrità dei campioni. Le prove di fusione hanno confermato l'efficacia del processo riduttivo per entrambi i leganti, con la gomma arabica che ha mostrato un aumento del 9.06% nel grado di metallizzazione per la miscela più critica tra quelle testate. Lo studio dimostra quindi la fattibilità tecnica dell'uso di gomma arabica riciclata, promuovendo una sinergia industriale tra la filiera siderurgica e quella vitivinicola.