reciclaje de metales
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ENSAYO
CIENCIA DE LOS MATERIALES
RECICLAJE DE METALES
RECICLAJE DE METALES
Universidad Mayor de San Andrés
Facultad de Ingeniería
Carrera Ingeniería Mecánica - Electromecánica
INTRODUCCIÓN
Hoy, conceptos como ecología, protección del medio ambiente, aprovechamiento de recursos, reciclado selectivo de materiales, etc. forman parte de nuestra vida dejando de ser una moda pasajera para convertirse en algo de vital importancia para el cuidado y el futuro del entorno que nos rodea. El reciclado es una actividad totalmente normal, técnicamente resuelta y rentable.
La mayor parte de los metales que existen pueden fundirse y volver a procesare creando nuevos metales. Metales como aluminio, plomo, hierro, acero, cobre, plata y oro son reciclados fácilmente cuando no están mezclados con otras sustancias, porque pueden ser fundidos y cambiar de forma o adoptar la misma anterior. De estos materiales, el hierro es el que tiene mayor demande comercial. El reciclaje del aluminio está incrementándose bastante debido a que una lata, producto de reciclaje, requiere solo una parte de la energía necesaria para elaborar una lata similar con materas primas. Si recuperáramos todos estos metales serian una gran fuente de materias primas.
Los yacimientos (de donde se extraen industrialmente el metal), son depósitos de los mismos y están siendo poco a poco agotados. En los nuevos yacimientos se debe invertir mayor capital, ya que se encuentran más adentrados en la corteza terrestre y en lugares muy remotos para el centro de producción. El cobre, desde los 80, procede de lugares como chile, Zambia, Zaire, Papúa, Nueva-Guinea, lugares muy lejanos del centro de producción. En 1990, para obtener los, casi, 9 millones de toneladas de cobre que se produjeron hizo falta extraer y reprocesar 990 toneladas de mineral.
RECICLAJE
El reciclaje es un proceso fisicoquímico o mecánico que consiste en someter a una materia o un producto ya utilizado a un ciclo de tratamiento total o parcial para obtener una
materia prima o un nuevo producto. También se podría definir como la obtención de materias primas a partir de desechos, introduciéndolos de nuevo en el ciclo de vida y se produce ante la perspectiva del agotamiento de recursos naturales, macro económico y para eliminar de forma eficaz los desechos.
Se produce ante la perspectiva de tres factores: el agotamiento de recursos naturales, la eliminación eficaz los desechos y la rentabilidad económica de la actividad.
CADENA DE RECICLAJE
La cadena de reciclado posee varios eslabones:
- Origen: que puede ser doméstico (RSU) o industrial (RSI)
- Recuperación: que puede ser realizada por empresas públicas o privadas. Consiste únicamente en la recolección y transporte de los residuos hacia el siguiente eslabón de la cadena
- Plantas de transferencia: se trata de un eslabón que no siempre se usa. Aquí se mezclan los residuos para realizar transportes mayores a menor coste (usando contenedores más grandes o compactadores más potentes)
- Plantas de clasificación (o separación): donde se clasifican los residuos y se separan los valorizables
- Reciclador final (o planta de valoralización): donde finalmente los residuos se reciclan (acerías, papeleras, plastiqueros,...), se almacenan (vertederos) o se usan para producción de energía (incineración, biogás, cementeras,...)
La tendencia en la actualidad es la de separación en origen, que permite reducir los costes económicos a los entes públicos y empresas privadas.
Los residuos metálicos se clasifican en dos tipos:
Metales férricos, originados en el proceso de producción, transformación y uso del acero
Metales no-férricos, que son el resto de metales, principalmente aluminio y cobre.
METALES FÉRRICOS
El acero es completamente reciclable al final de la vida útil del producto y podría ser reciclado un número ilimitado de veces, sin perder calidad.
El acero se degrada muy poco en los procesos de reciclados, por eso puede reciclarse un gran número de veces, siendo la única limitación el rendimiento del reciclado, el que está determinado por tres factores:
La efectividad del proceso de recuperación de los usos previos.
La efectividad del sistema de recolección y selección. La efectividad del sistema de recolección y selección.
Son los que tienen mayor demanda comercial. El uso de chatarra de hierro ahorra el 62 % de energía respecto a la producción con mineral de hierro, además de gran cantidad de agua y evitar mucha contaminación.
La chatarra recibida en la planta de reciclaje llega generalmente mezclada y sucia. Es necesario, por lo tanto, verificar que no existan elementos contaminantes o peligrosos, como material bélico o recipientes cerrados de gas, entre otros. Luego, la chatarra es tomada por un gigantesco electroimán el que, gracias a las propiedades magnéticas del hierro, además de seleccionarla, se traslada hasta la cesta, un enorme recipiente de acero ultrarresistente.
La cesta introduce su carga de chatarra a un horno eléctrico, donde se logra el paso del estado sólido
(chatarra) al estado líquido (acero líquido), mediante la energía liberada por un arco eléctrico entre tres electrodos de grafito. Mediante la inyección de oxígeno y la introducción de un carburante para generar más energía, se logra fundir todo el metal.
La escoria, más liviana, flota sobre el acero líquido, del que es separada. Una vez que el acero líquido está libre de escoria, se vierte en otro recipiente, denominado cuchara de colada, donde se termina de ajustar la composición química definitiva. Posteriormente, en esta cuchara se transporta hacia unos anillos refrigerados con agua donde entra el acero líquido por la parte superior y sale por la parte inferior continuamente. Este proceso es conocido como colada continua y permite producir las palanquillas, las que posteriormente son laminadas para producir barras de acero.
METALES NO FÉRRICOS
Suelen ser metales de alto valor como el aluminio, cobre, plomo y el oro o el platino de los equipos electrónicos. Por ello se realiza un gran esfuerzo en su recuperación, ya que
ahorra grandes cantidades de materias primas muy caras y difíciles de extraer además de ahorros energéticos que pueden llegar al 96% para el caso del aluminio.
Éste, además, es el metal más frecuente en las basuras domésticas, llegando a proporciones del 1%, y el residuo de aluminio es ligero, no arde ni se oxida y también es fácil de transportar.
La separación de estos metales es más difícil y requiere técnicas más complicadas. Para proceder al reciclaje del aluminio primero hay que realizar una revisión y selección de la chatarra según su análisis y metal recuperable para poder conseguir la aleación deseada.
La chatarra preferiblemente se compactará, generalmente en cubos o briquetas o se fragmentará, lo cual facilita su almacenamiento y transporte. Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario, pero mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario.
RECICLAJE DE ALUMINIO
El aluminio en la naturaleza no se encuentra en estado metálico, siempre se haya combinado, formando diferentes compuestos de propiedades y aspecto totalmente diferente a los del metal puro. Es necesario aplicar una importante cantidad de energía para lograr su separación a partir de los minerales que generalmente lo contienen. Sin embargo, sus propiedades hacen que esta energía tenga un excelente retorno de valor por cuanto se trata de un metal muy noble (alta resistencia a la corrosión) y totalmente reciclable. El aluminio es uno de los materiales para la fabricación de envases de metal más utilizados sólo después del acero. En 1997 la industria del aluminio recicló 3.7 millones de toneladas métricas de aluminio. Dado el elevado costo del aluminio, es más conveniente reciclarlo que desecharlo.
El reciclaje del aluminio es un proceso mediante el cual, los desechos de aluminio pueden ser reutilizados en otros productos tras su utilidad primaria.
Este proceso implica simplemente refundir el metal, lo cual es mucho más barato y consume mucha menos energía que la producción de aluminio fresco a través de la electrólisis de la alúmina (Al2O3), la cual primero tiene que extraerse de la mena de bauxita y después ha de refinarse.
Reciclar aluminio desechado requiere solamente el 5% de la energía que se consumiría para producir aluminio fresco.
Las fuentes de las que se toma el aluminio para su posterior reciclaje incluyen aeronaves, automóviles, bicicletas, botes, ordenadores, material de menaje, canalones, frisos, cables, y otros muchos productos que requieren un material ligero pero fuerte, o un material con alta conductividad térmica. Ya que el reciclaje no daña la estructura del metal, el aluminio puede ser reciclado indefinidamente y ser usado para producir cualquier producto que hubiera necesitado aluminio nuevo.
Proceso
Las latas de bebidas hechas de aluminio son comúnmente recicladas de la siguiente forma básica:
1. Las latas son primero separadas de los residuos urbanos, normalmente usando un separador electromagnético.
2. Se cortan las latas en piezas pequeñas y de igual tamaño para minimizar el volumen y facilitar el trabajo de las máquinas que trabajan con el material.
3. Se limpian estos trozos química o mecánicamente.4. Estos trozos se hacen grandes bloques para minimizar el
efecto de la oxidación cuando se fundan, pues la superficie del aluminio se oxida instantáneamente cuando se expone al oxígeno.)
5. Se cargan los bloques en los altos hornos y se calientan a aproximadamente 750 °C ± 100 °C para conseguir aluminio fundido.
6. Se retira la escoria y el hidrógeno disuelto se desgasifica. El aluminio fundido disocia rápidamente el hidrógeno del vapor de agua y de los contaminantes hidrocarbonados. Esto se realiza normalmente usando cloro y nitrógeno. Se usan pastillas de hexacloroetano como fuente de cloro; al igual que el perclorato de amonio, pues se descompone en cloro, nitrógeno y oxígeno cuando es calentado.
7. Se toman muestras para un análisis espectroscópico. Dependiendo del producto final deseado, se añade a la mezcla aluminio de alta pureza, cobre, cinc, manganeso, silicio y/o magnesio para conseguir unas especificaciones adecuadas para la aleación. Las 5 aleaciones de aluminio más usadas son, aparentemente, aluminio 6061, aluminio 7075, 1100, 6063, y 2024.
8. El alto horno se abre, se sangra el aluminio fundido y se repite el proceso para un nuevo lote de metal desechado. Dependiendo del producto final puede ser moldeado en lingotes, molduras o barras en forma de grandes bloques para su posterior laminación, atomización, extrusión, o transporte en estado fundido a otras instalaciones de fabricación para seguir su procesamiento
Producción de lingotes usando hornos de reverberación
El aluminio descartado se separa en una gama de categorías: aluminio ferroso, aluminio aleado, aluminio limpio, etc... Dependiendo de las especificaciones de la fundición del lingote necesitado, dependerá el tipo de chatarra que será usado en la fundición. Normalmente, la chatarra se carga en un horno de reverberación (Hay otros métodos que son menos económicos o más peligrosos) y se funde para crear una "bañera". El metal fundido se comprueba usando un espectroscopio sobre una muestra para determinar qué clase de refinamiento se necesita para producir el material final. Después de su refinamiento, la mezcla puede ser comprobada varias veces más para ajustar el material a unos estándares específicos.
Cuando se consigue la aleación perfecta, se abre el horno y se sangra en moldes de lingote, a través de una máquina de moldeado. Después se permite que el material fundido se enfríe, apilado y vendido como un lingote de aluminio a varias industrias para su reprocesamiento.
Proceso de reciclaje del aluminio
Reciclaje secundario de aluminio
La escoria resultante de la producción primaria del aluminio, de color blanco, y de su reciclaje secundario todavía
contiene un porcentaje importante del metal que puede ser extraído industrialmente. Este proceso crea bloques de aluminio, al igual que un material de desecho altamente complejo, el cual resulta complicado de manejar. Reacciona con el agua, liberando de esta manera una mezcla de gases que incluye hidrógeno, acetileno y amoníaco, y que espontáneamente entra en combustión al contacto con el aire; el contacto con aire húmedo provoca la liberación de importantes cantidades de gas amoniaco. A pesar de estas dificultades, de todas formas, se le ha encontrado un uso a estos desperdicios como relleno para asfalto y hormigón.
RECICLADO DEL COBRE
El cobre y sus derivados —ya sea en estado puro o contenidos en un producto final—, pueden ser reciclados en todas las etapas del ciclo de vida del producto. Por su parte, estos materiales tienen amplios sectores de aplicación productiva.
Mientras más desarrollada es una economía, más cobre consume. Por lo tanto, como el cobre es de alta durabilidad, la necesidad de más metal crece más rápidamente que la oferta de residuos. Por otra parte, hoy en día, la mayor parte del cobre se utiliza bajo la forma de alambres y cables eléctricos, los que requieren del cobre puro refinado. Los alambres domésticos deben tener un 99,9% de pureza, porque la más pequeña contaminación reduce su conductividad. Sólo un 0,05% de fósforo o un 0,08% de fierro, hacen disminuir la transmisión de electricidad en un tercio.
Los procesos para reciclar cobre varían según la composición del residuo. Los residuos de cobre puro pueden ser fundidos directamente. Su pureza se comprueba mediante análisis químicos cuando aún está en estado líquido. Luego se desoxida y lleva a formas intermedias —como lingotes— para usarlos en otros procesos.
Los residuos que contienen óxidos se funden para formar ánodos que luego se van a electro-refinación para obtener el nivel de pureza deseado. En algunas aleaciones, como el latón
y el bronce, el residuo de cobre se funde y forma más aleaciones. En este caso, no lo vuelve a refinar. Si el residuo de cobre está mezclado con otros minerales, se evalúa la relación costo-beneficio del proceso de volver a refinarlo. De esta forma, si esta relación es muy alta —como en el caso de la lata y el níquel que sólo se pueden separar mediante electro-refinación—, el residuo de cobre se destina para fines no eléctricos, es decir, que no requieren niveles de alta pureza.
Electro-refinación del cobre
Una vez refinado térmicamente se realiza el afino electrolítico del cobre. Este afino se puede realizar mediante electrorrefinación de los ánodos de cobre impuro o mediante separación por electrolisis a partir de soluciones de lixiviación. El primer método es el más utilizado, ocupando alrededor del 95%.
La electrorrefinación consiste en la disolución electroquímica del cobre de los ánodos impuros y el depósito selectivo de este cobre disuelto en forma pura sobre cátodos de cobre. Esta técnica tiene dos objetivos:
Eliminar las impurezas que dañan las propiedades eléctricas y mecánicas del cobre, consiguiendo cobre con una pureza superior al 99.99% con menos de un 0.004% de impurezas metálicas.
Separar las impurezas valiosas del cobre, que pueden ser recuperadas después como subproductos metálicos.
La economía del reciclaje
A la hora de promover el reciclaje, la reducción de costos productivos es un criterio clave. Los residuos de alta calidad cuestan un 10% menos que nuevos cátodos cupríferos refinados.
Por lo mismo, es probable que los precios altos del cobre, así como de los otros metales, sean sucedidos por aumentos de
las tasas de reciclaje. El cobre y sus aleaciones pueden ser reciclados de modo relativamente barato, con un bajo consumo energético y pérdidas mínimas. Así, si las aleaciones se hacen con cobre reciclado, el costo del material puede ser reducido significativamente.
Pero también, otro criterio básico es el medioambiental. El reciclaje no sólo ayuda a conservar la materia prima y reducir los desechos, sino que ahorra hasta un 75% de la energía utilizada en la producción primaria del metal.
El residuo metálico –esto es, el metal que ya ha sido utilizado una vez- tiene la ventaja de estar presente bajo forma metálica en el medio. Con ello se evita el gasto energético del proceso de extraer, transportar, fundir y refinar el material, ya que la energía que se necesita para refundir y volver a refinar el residuo es menor.