El reciclaje de aluminio es el proceso en el que se crea aluminio comercial secundario a partir de chatarra u otras formas de aluminio al final de su vida útil o inutilizable. [1] Implica volver a fundir el metal, que es más barato y más eficiente energéticamente que la producción de aluminio virgen mediante electrólisis de alúmina (Al 2 O 3 ) refinada a partir de bauxita cruda mediante el uso de los procesos de Bayer y Hall-Héroult .
Reciclar chatarra de aluminio requiere solo el 5% de la energía utilizada para fabricar aluminio nuevo a partir del mineral en bruto. [2] En 2022, Estados Unidos produjo 3,86 toneladas métricas de aluminio secundario por cada tonelada métrica de aluminio primario producida. Durante el mismo período, el aluminio secundario representó el 34% del nuevo suministro total de aluminio, incluidas las importaciones. [3] Los envases de bebidas usados son el componente más grande de la chatarra de aluminio procesada, y la mayor parte se fabrica nuevamente en latas de aluminio. [4]
El primer paso en el reciclaje de aluminio es la recogida y clasificación de chatarra de aluminio de diversas fuentes. [5] La chatarra de aluminio proviene principalmente de la fabricación de chatarra o de productos de aluminio al final de su vida útil, como vehículos, materiales de construcción y productos de consumo. [5] La chatarra de fabricación incluye trozos, virutas, recortes y otros restos de aluminio de los procesos de fabricación. La chatarra posconsumo consiste en productos de aluminio obsoletos o desechados. Las latas de aluminio, [6] en particular, son una fuente importante de chatarra de aluminio reciclable. Una vez recolectada, la chatarra de aluminio se clasifica según el tipo de aleación, el grado, los niveles de impurezas y otros factores. [6] La clasificación se puede realizar manualmente o utilizando tecnologías como separadores de corrientes parásitas, clasificadores de aire y separadores de densidad. [7] La chatarra se clasifica en categorías como chatarra de aleaciones forjadas, chatarra de aleaciones de fundición, latas de bebidas usadas, chatarra de automóviles y chatarra mixta. Una clasificación adecuada es esencial para producir aluminio reciclado de alta calidad.
Después de la clasificación, la chatarra puede someterse a procesos de pretratamiento para prepararla para la fusión. [8] Estos pueden incluir empacar, triturar, triturar, granular, quitar revestimiento y desmagnetizar. [9] La trituración y trituración reducen el tamaño de las partículas de la chatarra y la liberan de otros materiales, mientras que la granulación produce partículas finas ideales para fundir. [10] El decapado térmico elimina revestimientos como pintura y plástico de las superficies de aluminio. [7] La desmagnetización elimina las partículas de hierro adheridas a la chatarra de aluminio. El pretratamiento mejora la densidad de la carga de chatarra y elimina los contaminantes, lo que da como resultado una fusión más rápida, un metal más limpio, una reducción de la formación de escoria y un menor consumo de energía. [11]
Una vez pretratada, la chatarra de aluminio se funde y se trata con metal líquido para producir una aleación de aluminio refinada adecuada para fundición o reprocesamiento. [11] Se utilizan diferentes tipos de hornos según el tipo de chatarra, la calidad del metal deseada y la economía. La chatarra más pequeña generalmente se procesa en hornos rotatorios o de reverberación alimentados con gas, mientras que las piezas individuales grandes de chatarra se pueden cargar directamente en hornos de reverberación a través de pozos laterales. [10] También se utilizan hornos eléctricos de inducción. A medida que la chatarra se derrite, se agregan fundentes para unir y absorber las impurezas que se raspan de la parte superior como escoria. También se puede inyectar cloro gaseoso para eliminar las impurezas mediante flotación. Luego, la masa fundida puede someterse a procesos de refinación, como la inyección de fundente, para reducir aún más el hidrógeno y las impurezas. La desgasificación elimina el hidrógeno disuelto, mientras que la filtración química elimina las impurezas e inclusiones sólidas. El resultado final es una aleación de aluminio fundido lista para fundirse. [12]
El aluminio reciclado fundido se moldea en formas sólidas, como lingotes, cerdas o directamente en láminas o palanquillas de extrusión. La fundición por enfriamiento directo se utiliza comúnmente para solidificar el aluminio líquido en grandes palanquillas cilíndricas para extrusión o laminación. [7] El método de enfriamiento directo rocía agua sobre el metal caliente cuando sale del molde, enfriándolo rápidamente hasta convertirlo en una pieza sólida. [13] Para los lingotes, a menudo se utilizan moldes tipo libro, que producen lingotes en placas aptos para refundir o laminar. [14] La colada continua da forma directa al aluminio para convertirlo en desbastes rodantes sin un paso intermedio de colada de lingotes. La fundición de tiras con doble correa o doble rodillo produce tiras de aleación de 6 a 7 mm de espesor directamente de la masa fundida para su posterior laminado. El método de fundición depende del posterior procesamiento y uso de la aleación de aluminio reciclado. [15]
Aunque el aluminio en su forma pura ya se producía en 1825, [16] la producción secundaria de aluminio, o reciclaje, aumentó en volumen con la introducción de procesos de aluminio primario industrialmente viables, concretamente la combinación de los procesos de Bayer y Hall-Héroult. El proceso Hall-Héroult para la producción de aluminio a partir de alúmina fue inventado en 1886 por Charles Hall y Paul Héroult . [17] Carl Josef Bayer creó un proceso de varios pasos para convertir la bauxita cruda en alúmina en 1888. [18] A medida que la producción de aluminio aumentó con el uso de estos dos procesos, el reciclaje de aluminio también creció. En 1904 se construyeron las dos primeras plantas de reciclaje de latas de aluminio en Estados Unidos; una planta de reciclaje se construyó en Chicago, Illinois y la otra en Cleveland, Ohio. [19] El volumen del reciclaje de aluminio aumentó de manera más significativa cuando los recursos metálicos se vieron afectados durante la Primera Guerra Mundial, cuando el gobierno de los EE. UU. hizo campaña para que los civiles donaran productos viejos como ollas, sartenes, botes, vehículos y juguetes de aluminio para reciclarlos para la construcción de estructuras de aviones de aluminio. . [19]
El aluminio es un material infinitamente reciclable y se necesita hasta un 95 por ciento menos de energía para reciclarlo que para producir aluminio primario, lo que también limita las emisiones, incluidos los gases de efecto invernadero. Hoy en día, alrededor del 75 por ciento de todo el aluminio producido en la historia, casi mil millones de toneladas, todavía está en uso. [20]
El reciclaje de aluminio generalmente produce importantes ahorros de costes respecto a la producción de aluminio nuevo, incluso cuando se tienen en cuenta los costes de recogida, separación y reciclaje. [21] A largo plazo, se logran ahorros nacionales aún mayores cuando se considera la reducción de los costos de capital asociados con los vertederos , las minas y el envío internacional de aluminio en bruto.
El reciclaje de aluminio utiliza aproximadamente el 5% de la energía necesaria para crear aluminio a partir de bauxita ; [22] la cantidad de energía necesaria para convertir el óxido de aluminio en aluminio se puede ver vívidamente cuando el proceso se invierte durante la combustión de un propulsor compuesto de termita o perclorato de amonio .
La extrusión de troqueles de aluminio es una forma específica de obtener material reutilizable a partir de restos de aluminio, pero no requiere una gran producción de energía en un proceso de fusión. En 2003, la mitad de los productos fabricados con aluminio procedían de material de aluminio reciclado. [23]
El beneficio con respecto a las emisiones de dióxido de carbono depende en parte del tipo de energía utilizada. La electrólisis se puede realizar utilizando electricidad procedente de fuentes de combustibles no fósiles, como la nuclear, geotérmica, hidroeléctrica o solar. La producción de aluminio se ve atraída por fuentes de electricidad barata. Canadá, Brasil, Noruega y Venezuela tienen entre un 61 y un 99% de energía hidroeléctrica y son importantes productores de aluminio. Sin embargo, los ánodos ampliamente utilizados en el proceso Hall-Héroult están hechos de carbono y se consumen durante la producción de aluminio, generando grandes cantidades de dióxido de carbono, independientemente de la fuente de electricidad. [24] Se están realizando esfuerzos para eliminar la necesidad de ánodos de carbono. [25] El uso de aluminio reciclado también reduce la necesidad de extraer y refinar bauxita.
La gran cantidad de aluminio utilizada significa que incluso las pérdidas porcentuales pequeñas suponen grandes gastos, por lo que el flujo de material se controla y contabiliza bien por motivos financieros. La producción y el reciclaje eficientes también benefician al medio ambiente. [26]
Debido a que muchos países siguen dependiendo de la electricidad generada con carbón para la producción de aluminio, la industria del aluminio contribuye al 2% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, alrededor de 1.100 millones de toneladas de dióxido de carbono. [27] Muchos países ahora buscan descarbonizar el aluminio no solo porque es el segundo metal más utilizado en el mundo, sino también porque abordaría en gran medida las emisiones totales de gases de efecto invernadero en un esfuerzo por frenar el cambio climático. [28]
Como uno de los materiales más reciclables (y reciclados) que se utilizan en la actualidad, el aluminio se puede reciclar prácticamente infinitamente. Dado que el aluminio reciclado consume el 5% de la energía utilizada para fabricar aluminio nuevo, alrededor del 75% del aluminio fabricado sigue utilizándose en la actualidad. [29] Según la Asociación del Aluminio, en los mercados industriales como el de la automoción y la construcción, el aluminio se recicla a tasas de hasta el 90%.
Desde 1991, las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de las latas de aluminio han disminuido aproximadamente un 40%, similar a los niveles de demanda de energía. Esto puede atribuirse a una reducción en la intensidad de carbono de la producción de aluminio primario, a la mejora de la eficacia de las operaciones de fabricación y a latas más ligeras. [30] Si bien el aluminio primario solo representa el 26,6% de la lata, constituye la principal fuente de huella de carbono de la lata. Por ejemplo, en 2020, el 86% de la producción de aluminio de China depende principalmente de la electricidad generada con carbón. Por otro lado, Canadá obtiene aproximadamente el 90% de su producción primaria de aluminio a partir de energía hidroeléctrica, considerándola la más sostenible del mundo. [28]
El aluminio y sus aplicaciones son amplias y numerosas, desde la construcción de defensa y la transmisión eléctrica hasta desempeñar un papel clave en productos que reducen las emisiones (vehículos eléctricos y paneles solares). Como tal, los países han comenzado a descarbonizar el aluminio para combatir el cambio climático global.
El reciclaje de aluminio tiene varios beneficios económicos cuando se realiza correctamente. De hecho, la Agencia de Protección Ambiental considera el reciclaje como una parte "crítica" de la economía de los Estados Unidos, que contribuye a los ingresos fiscales, los salarios y la creación de empleo. [31] Al facilitar la manipulación de la chatarra y mejorar su eficiencia (desde la chatarra "al final de su vida útil" hasta su reutilización durante toda la etapa de producción (chatarra "interna")), el reciclaje de aluminio ayuda a lograr los objetivos de una economía circular. [32] Este tipo de economía se centra en minimizar la extracción de recursos naturales, lo que lleva a una reducción de los residuos industriales y de consumo. Algunos ejemplos de países que han adoptado el cambio hacia una economía circular incluyen la Unión Europea, Finlandia, Francia, Eslovenia, Italia, Alemania y los Países Bajos. [33]
Un estudio reciente realizado en los Estados Unidos ha resaltado algunas formas en que el reciclaje de aluminio ha demostrado tener beneficios económicos, que incluyen:
A medida que los países tomen nota de los diversos beneficios económicos y ambientales del reciclaje de aluminio, se espera que se realicen mayores esfuerzos para mejorar la eficacia de este proceso.
Según datos de 2020 del Instituto Internacional del Aluminio, la tasa de eficiencia del reciclaje global es del 76%. Alrededor del 75% de los casi 1.500 millones de toneladas de aluminio producidos hasta ahora todavía se utilizan productivamente. [34]
Brasil recicla el 98,2% de su producción de latas de aluminio, equivalente a 14,7 mil millones de latas de bebidas por año, [35] ocupando el primer lugar en el mundo, más que la tasa de recuperación del 82,5% de Japón . Brasil encabezó las listas de reciclaje de latas de aluminio por ocho años consecutivos. [36]
Aparte de las latas de bebidas de aluminio reciclado, la mayoría del aluminio reciclado viene en una mezcla de diferentes aleaciones. Esas aleaciones generalmente tienen altos porcentajes de silicio (Si) y requieren un refinamiento adicional durante el proceso de trituración, clasificación y refinación para reducir las impurezas. Debido a los niveles de impurezas que se encuentran después del refinamiento, las aplicaciones de las aleaciones de aluminio reciclado se limitan a fundiciones y extrusiones. La industria aeroespacial suele restringir los niveles de impurezas de Si y Fe en las aleaciones a un máximo del 0,40%. Controlar la apariencia de estos elementos es cada vez más difícil cuanto más a menudo se recicla el metal y se requieren operaciones de mayor costo para que las aleaciones cumplan con los requisitos de rendimiento. [38]
La escoria blanca, un residuo de la producción primaria de aluminio y de las operaciones de reciclaje secundario, generalmente clasificada como desecho, [39] todavía contiene cantidades útiles de aluminio que pueden extraerse industrialmente. [40] El proceso produce palanquillas de aluminio, junto con un material de desecho muy complejo. Estos residuos son difíciles de gestionar. Reacciona con el agua liberando una mezcla de gases (que incluyen, entre otros, hidrógeno , acetileno y amoníaco ) que se enciende espontáneamente al contacto con el aire; [41] el contacto con el aire húmedo produce la liberación de grandes cantidades de gas amoníaco. Sin embargo, a pesar de estas dificultades, los residuos han encontrado uso como relleno en asfalto y hormigón . [42]