El reciclaje de aluminio es el proceso mediante el cual se crea aluminio comercial secundario a partir de chatarra u otras formas de aluminio al final de su vida útil o que no se puede utilizar. [1] Implica volver a fundir el metal, lo que resulta 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 Bayer y Hall–Héroult .
El reciclaje de 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 producido. Durante el mismo período de tiempo, el aluminio secundario representó el 34% del suministro total de aluminio nuevo, 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 vuelve a fabricar en latas de aluminio. [4]
El primer paso en el reciclaje de aluminio es la recolección y clasificación de chatarra de aluminio de varias fuentes. [5] La chatarra de aluminio proviene principalmente de chatarra de fabricación 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 en función del tipo de aleación, el grado, los niveles de impurezas y otros factores. [6] La clasificación puede realizarse manualmente o utilizando tecnologías como separadores de corrientes de Foucault, clasificadores de aire y separadores de densidad. [7] La chatarra se clasifica en categorías como chatarra de aleación forjada, chatarra de aleación 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 empacado, trituración, aplastamiento, granulado, descapado y desmagnetización. [9] La trituración y el aplastamiento reducen el tamaño de partícula de la chatarra y la liberan de otros materiales, mientras que la granulación produce partículas finas ideales para la fusión. [10] El descapado térmico elimina recubrimientos 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 contaminantes, lo que da como resultado una fusión más rápida, un metal más limpio, una menor formación de escoria y un menor consumo de energía. [11]
Una vez pretratada, la chatarra de aluminio se somete a un proceso de fusión y tratamiento con metal líquido para producir una aleación de aluminio refinada adecuada para su fundición o reprocesamiento. [11] Se utilizan diferentes tipos de hornos en función del tipo de chatarra, la calidad deseada del metal y la economía. La chatarra más pequeña se procesa normalmente en hornos rotatorios o de reverbero alimentados con gas, mientras que las piezas grandes de chatarra se pueden cargar directamente en hornos de reverbero a través de pozos laterales. [10] También se utilizan hornos de inducción eléctrica. A medida que la chatarra se funde, se añaden fundentes para unir y absorber las impurezas que se raspan de la parte superior en forma de escoria. También se puede inyectar gas de cloro para eliminar las impurezas mediante flotación. A continuación, 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 sólidas y las inclusiones. El resultado final es una aleación de aluminio fundida lista para su fundición. [12]
El aluminio reciclado fundido se cuela en formas sólidas, como lingotes, ranuras o directamente en láminas o palanquillas de extrusión. La colada por enfriamiento directo se utiliza habitualmente para solidificar el aluminio líquido en palanquillas cilíndricas grandes para extrusión o laminación. [7] El método de enfriamiento directo rocía agua sobre el metal caliente a medida que sale del molde, enfriándolo rápidamente hasta formar una palanquilla sólida. [13] Para los lingotes, a menudo se utilizan moldes de libro, que producen lingotes en losas adecuados para la refundición o laminación. [14] La colada continua da forma directamente al aluminio en losas laminadas sin un paso intermedio de colada de lingotes. La colada de bandas de doble cinta o de doble rodillo produce bandas de aleación de 6 a 7 mm de espesor directamente a partir de la masa fundida para su posterior laminación. El método de colada depende del procesamiento y uso posteriores de la aleación de aluminio reciclado. [15]
Aunque el aluminio en su forma pura se ha producido desde 1825, [16] la producción secundaria de aluminio, o reciclaje, aumentó en volumen con la introducción de procesos de aluminio primario industrialmente viables, a saber, la combinación de los procesos 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 en bruto 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 los Estados Unidos; una planta de reciclaje se construyó en Chicago, Illinois y la otra en Cleveland, Ohio. [19] El reciclaje de aluminio aumentó significativamente en volumen cuando los recursos de metal se vieron limitados durante la Primera Guerra Mundial, ya que el gobierno de los EE. UU. hizo campaña para que los civiles donaran productos viejos, como ollas, sartenes, barcos, vehículos y juguetes de aluminio para reciclarlos para la construcción de fuselajes 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, incluidas las de gases de efecto invernadero. Hoy en día, aproximadamente el 75 por ciento de todo el aluminio producido en la historia, casi mil millones de toneladas, todavía se encuentra en uso. [20]
El reciclaje de aluminio generalmente produce ahorros de costos significativos en comparación con la producción de aluminio nuevo, incluso cuando se tienen en cuenta los costos de recolección, 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 óxido de aluminio en aluminio se puede ver vívidamente cuando el proceso se invierte durante la combustión del propulsor compuesto de termita o perclorato de amonio .
La extrusión de aluminio en matriz es una forma específica de obtener material reutilizable a partir de desechos de aluminio, pero no requiere un gran gasto de energía en un proceso de fusión. En 2003, la mitad de los productos fabricados con aluminio se obtuvieron a partir 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 de fuentes de combustibles no fósiles, como la nuclear, la geotérmica, la hidroeléctrica o la 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 minería y refinación de bauxita.
La gran cantidad de aluminio que se utiliza implica que incluso pequeñas pérdidas porcentuales suponen grandes gastos, por lo que el flujo de material se controla y contabiliza adecuadamente por razones financieras. La producción y el reciclaje eficientes también benefician al medio ambiente. [26]
Dado que muchos países siguen dependiendo de la electricidad generada a partir de carbón para la producción de aluminio, la industria del aluminio contribuye al 2% de las emisiones globales 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]
El aluminio, uno de los materiales más reciclables y reciclados que se utilizan en la actualidad, se puede reciclar prácticamente de forma infinita. Dado que el aluminio reciclado supone el 5% de la energía que se utiliza para fabricar aluminio nuevo, alrededor del 75% del aluminio fabricado sigue utilizándose en la actualidad. [29] Según la Asociación del Aluminio, en 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 de las latas de aluminio han disminuido alrededor de un 40%, de manera similar a los niveles de demanda energética. Esto se puede atribuir a una reducción en la intensidad de carbono de la producción de aluminio primario, la mejora de la eficacia de las operaciones de fabricación y la fabricación de latas más ligeras. [30] Si bien el aluminio primario solo representa el 26,6% de la lata, constituye la principal fuente de la huella de carbono de la lata. Por ejemplo, a partir de 2020, el 86% de la producción de aluminio de China depende principalmente de la electricidad generada a partir de carbón. Por otro lado, Canadá obtiene aproximadamente el 90% de su producción de aluminio primario utilizando energía hidroeléctrica, lo que la considera la más sostenible del mundo. [28]
El aluminio y sus aplicaciones son muy variadas: desde la construcción de defensa y la transmisión eléctrica hasta su papel clave en productos que reducen las emisiones (vehículos eléctricos y paneles solares). Por ello, 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 que el reciclaje es 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 el manejo de la chatarra y mejorar su eficiencia (desde la chatarra "al final de su vida útil" hasta la reutilización de la chatarra en 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 conduce a una reducción de los desechos industriales y de consumo. Algunos ejemplos de países que han adoptado el cambio a una economía circular incluyen la Unión Europea, Finlandia, Francia, Eslovenia, Italia, Alemania y los Países Bajos. [33]
Un estudio reciente realizado en Estados Unidos ha puesto de relieve algunas formas en las que el reciclaje de aluminio ha demostrado tener beneficios económicos, entre ellos:
A medida que los países toman 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 mundial es del 76 %. Alrededor del 75 % de los casi 1.500 millones de toneladas de aluminio que se han producido en la historia todavía se encuentran en uso productivo en la actualidad. [34]
Brasil recicla el 98,2% de su producción de latas de aluminio, lo que equivale a 14.700 millones de latas de bebidas al año [35] , lo que lo sitúa en el primer puesto a nivel mundial, por encima de la tasa de recuperación del 82,5% de Japón . Brasil ha encabezado las listas de reciclaje de latas de aluminio durante 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 refinamiento 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 a menudo restringe los niveles de impurezas de Si y Fe en las aleaciones a un máximo de 0,40%. Controlar la apariencia de estos elementos es cada vez más difícil cuanto más a menudo se recicla el metal y 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 reciclado secundario, que suele clasificarse como residuo, [39] todavía contiene cantidades útiles de aluminio que se pueden extraer industrialmente. [40] El proceso produce tochos de aluminio, junto con un material de desecho muy complejo. Este residuo es difícil de gestionar. Reacciona con el agua, liberando una mezcla de gases (incluidos, entre otros, hidrógeno , acetileno y amoníaco ) que se enciende espontáneamente al entrar en 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, el residuo se ha utilizado como relleno en asfalto y hormigón . [42]