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RECICLAJE DE METALES LIGEROS

Resumen Lo metales ligeros ofrecen variedad de propiedades que los hacen atractivos en todo tipo de industrias sobretodo en la construcción de aeronaves, automóviles y en la industria militar por lo que la producción y consumo de estos materiales es elevada así como los desechos que se generan, sin embargo una de las ventajas de estos metales es que pueden ser reciclados algunos casi en un 100% por lo cual es importantísimo reconocer las técnicas e innovaciones en cuanto a la recuperación y así identificar posibles usos y aplicaciones de los materiales secundarios. Abstract The light metals offer a variety of properties that make them attractive in all industries especially in the construction of aircraft, automobiles and military industry, so that the production and consumption of these materials is high as there are the wastes generated, however, an advantage of these metals is that they can be recycled is some almost 100%, so it is very important to recognize techniques and innovations in terms of recovery and identify possible uses and applications of the secondary materials.

METALES LIGEROS BERILIO El estado del berilio en su forma natural es sólido (diamagnético). Es un elemento químico de aspecto blanco-gris metálico y pertenece al grupo de los metales alcalinotérreos. El punto de ebullición es de 2742 grados Kelvin o de 2469 grados centígrados. El berilio es un metal ligero, con densisdad de 1.8g/cm 3. Tiene un alto punto de fusión, 1560 grados Kelvin o de 1287 grados centígrados y se resiste a la corrosión por ácido nítrico concentrado. El berilio se encuentra en 30 minerales diferentes, siendo los más importantes berilo y bertrandita, principales fuentes del berilio comercial, crisoberilo y fenaquita. Actualmente la mayoría del metal se obtiene por reducción del fluoruro de berilio con magnesio. Las formas preciosas del berilo son el aguamarina y la esmeralda. Geográficamente, las mayores reservas se encuentran en los Estados Unidos que lidera también la producción mundial de berilio (65%), seguido de Rusia (40%) y China (15%). Las reservas

mundiales se estima 80.000 toneladas.

que

superan

las

El principal uso del berilio metálico se encuentra en la manufactura de aleaciones berilio-cobre y en el desarrollo de materiales moderadores y reflejantes para reactores nucleares. La adición de un 2% de berilio al cobre forma una aleación no magnética seis veces más fuerte que el cobre. Estas aleaciones berilio-cobre tienen numerosas aplicaciones en la industria de herramientas ya que no producen chispas, en las partes móviles críticas de aviones, así como en componentes clave de instrumentos de precisión, computadoras mecánicas, reveladores eléctricos y obturadores de cámaras fotográficas. Martillos, llaves y otras herramientas de berilio-cobre se emplean en refinerías petroleras y otras plantas en las cuales una chispa producida por piezas de acero puede ocasionar una explosión o un incendio. Otro uso importante del berilio es en las ventanas de radiación para los tubos de rayos X. El berilio es ideal para este uso ya que tiene una muy baja absorción de rayos-X.

También se utiliza en las tuberías de muchos experimentos de alta energía de colisión de física de partículas (como el Gran Colisionador de Hadrones). La rigidez del metal permite crear un vacío de gran alcance. Se utiliza además como un componente de peso ligero de equipo militar y en la industria aeroespacial. Se utiliza en la alta velocidad de las aeronaves, misiles, vehículos espaciales y satélites de comunicaciones. El personal naval utiliza herramientas de berilio cuando trabaja con minas navales o cerca de ellas. El berilio es un material no magnético y la mayoría de las minas navales detonan cuando entran en contacto con algo magnético. Es uno de los componentes de los resortes de metal, herramientas que no produzcan chispas y los contactos eléctricos. El berilio se utiliza en el diseño de armas nucleares. Como la capa exterior del pozo en la etapa primaria. Se trata de un inductor excelente para la implosión y es muy bueno para reflejar los neutrones. El bajo peso y alta rigidez de berilio lo hacen perfecto para su uso en altavoces de alta frecuencia. El óxido de berilio es un excelente conductor del calor. Por este motivo, se utiliza en telecomunicaciones añadiendo una placa de base aislante de este material en los transistores de alta potencia en los transmisores de radiofrecuencia. Los espejos de berilio pueden usarse también en telescopios. Las fuentes de este producto para el reciclado consisten en la chatarra pronta generada en el procesamiento de aleaciones de berilio y cobre y

ciertas cantidades de equipos militares obsoletos que contienen berilio metálico. Puede encontrarse cierto pequeño volumen del óxido en el reciclado de aparatos electrónicos, y es preciso recuperarlo o aislarlo de otra manera del medio ambiente. Es sumamente improbable encontrar berilio metálico, salvo por parte de especialistas que manejen ese metal. Los compuestos de berilio, con excepción del óxido de berilio (berilia) suelen ser curiosidades de laboratorio, y es sumamente improbable encontrarlos. No obstante, como el berilio está presente en muy pequeñas concentraciones en casi toda la chatarra electrónica (y en mayores concentraciones en un muy pequeño número de aparatos electrónicos), requiere atención, ya que esa chatarra es comúnmente reciclada para regeneración de cobre y metales preciosos. En los bajos niveles de berilio que normalmente se encuentran en equipo de manejo de chatarra (< 0.1%) en general no se requieren precauciones especiales, y las trazas de berilio y sus compuestos intermedios se integran a la corriente de chatarra de cobre con fines de recuperación. En cambio en los casos en que el contenido de berilio de la chatarra es mayor la fusión puede provocar riesgo de inhalación de berilia en escorias, y deben utilizarse equipos de extracción y filtrado de aire para controlar ese riesgo. MAGNESIO El magnesio, Mg, está en el grupo II del sistema periódico. El magnesio en sus diversos compuestos está muy diseminado en la naturaleza, sus principales minerales son la dolomita la magnesita y la carnalita. El magnesio se produce por la reducción térmica del oxido de carbón, ferrosilcio u otros reductores o por la electrólisis del cloruro de magnesio en mezclas de sales fundidas.

El magnesio es un metal blanco brillante relativamente blando. Es uno de los elementos más abundantes. Como polvo, es extremadamente reactivo pero como sólido se oxida lentamente al aire y reacciona lentamente en el agua. No se encuentra naturalmente sino combinado con minerales como la magnesita (MgCO3) y la dolomita (el carbonato doble de magnesio y calcio). Como otros elementos de las series 1 y 2 de la tabla periódica, puede obtenerse por electrólisis del haluro fundido o también por reducción del óxido de magnesio mediante ferrosilicio.

Figura 1. Obtención del magnesio Fuente: metalesnoferrososespinillo.blogspot.com

Sus aplicaciones incluyen el uso como desoxidante para el cobre, el latón y aleaciones de níquel.

También se añade a varias aleaciones de aluminio. Es la base de aleaciones duras y ligeras utilizadas en la industria automóvil y aeronáutica (motores). Se han investigado aleaciones con zirconio y torio para la construcción de aviones. El magnesio puro puede utilizarse como electrodo "sacrificado" para proteger otros metales. El magnesio forma compuestos bivalentes, siendo el más importante el carbonato de magnesio (MgCO3), que se forma por la reacción de una sal de magnesio con carbonato de sodio y se utiliza como material refractario y aislante. El cloruro de magnesio (MgCl2·6H2O), que se forma por la reacción de carbonato u óxido de magnesio con ácido clorhídrico, se usa como material de relleno en los tejidos de algodón y lana, en la fabricación de papel y de cementos y cerámicas. Otros compuestos son el citrato de magnesio (Mg3(C6H5O7)2·4H2O), que se forma por la reacción de carbonato de magnesio con ácido cítrico y se usa en medicina y en bebidas efervescentes; el hidróxido de magnesio, (Mg(OH)2), formado por la reacción de una sal de magnesio con hidróxido de sodio, y utilizado en medicina como laxante, "leche de magnesia", y en el refinado de azúcar; sulfato de magnesio (MgSO4·7H2O), llamado sal de Epson y el óxido de magnesio (MgO), llamado magnesia o magnesia calcinada, que se prepara calcinando magnesio con oxígeno o calentando carbonato de magnesio, y que se utiliza como material refractario y aislante, en cosméticos, como material de relleno en la fabricación de papel y como laxante antiácido suave. Las aleaciones de magnesio presentan una gran resistencia a la tracción. Cuando el peso es un factor a considerar, el metal se utiliza aleado con aluminio o cobre en fundiciones para piezas de aviones; en miembros artificiales, aspiradoras e instrumentos ópticos, y en productos como

esquíes, carretillas, cortadoras de césped y muebles para exterior. El metal sin alear se utiliza en flashes fotográficos, bombas incendiarias y señales luminosas, como desoxidante en la fundición de metales y como afinador de vacío, una sustancia que consigue la evacuación final en los tubos de vacío. El magnesio puro tiene poca resistencia mecánica y plasticidad, su poca plasticidad es debida a que su red es hexagonal y posee pocos planos de deslizamiento. Las bajas propiedades mecánicas excluye la posibilidad de utilizarlo en estado puro como material estructural, pero aleado y tratado térmicamente puede mejorar sus propiedades mecánica. Como el más liviano metal estructural disponible, la combinación de baja densidad y buena resistencia mecánica de las aleaciones de magnesio resulta en una alta relación resistenciapeso. Sobre esta base, es comparable con la mayoría de los materiales estructurales comunes. Entre los aleantes mas comunes el aluminio y el zinc se introducen para elevar la resistencia mecánica, el manganeso para elevar la resistencia a la corrosión y afinar el tamaño de grano, para esto último se pueden utilizar el circonio y los metales de las tierras raras, el berilio se utiliza para disminuir la tendencia a la inflamación durante la colada. Debido a su bajo módulo de elasticidad, las aleaciones de magnesio pueden absorber energía elásticamente. Combinado con tensiones moderadas, esto provee excelente resistencia al rayado y alta capacidad de amortiguamiento. El magnesio aleado posee buena resistencia a la fatiga y se comporta particularmente bien en aplicaciones que involucran un gran número de ciclos de tensiones relativamente bajas. Sin embargo, el metal es sensible a la concentración de tensiones, por lo que deberían evitarse

muescas, aristas agudas y cambios abruptos de sección. El magnesio no aleado se usa en la industria metalúrgica como desoxidante para metales y aleaciones como níquel, plata, mónel, latón y bronce. En las aleaciones con base de níquel, el magnesio se combina también con azufre y así mejora la maleabilidad. El magnesio aleado con aluminio forma algunas aleaciones de aluminio más resistentes. Combinado con el níquel u otros metales, el magnesio se añade a la fundición de hierro gris para producir hierro colado dúctil. Sus propiedades pirotécnicas, cuando está en forma de polvo, hacen que sea apropiado para señales marinas y e ferrocarriles. El magnesio se usa también en síntesis orgánicas y en el procedimiento Kroll para producir titanio. Las aplicaciones especiales del magnesio en el campo de la metalurgia y en el de la Química son importantes; pero la mayor parte del magnesio usado actualmente está en forma de aleaciones. Uno de los atributos admirable de magnesio es su capacidad de reciclaje. El metal es sin duda uno de los más abundantes. Sin embargo, la posibilidad de reciclarse sin comprometer la integridad del metal es un atributo que tienen pocos metales. Los más comunes que comparten un rasgo de tal son sorprendentemente los interlocutores más comunes de aleación de magnesio incluyendo aluminio. De hecho, el factor de capacidad de reciclaje implica mucho más que la integridad estructural del metal después de que se trata del proceso de reciclaje.

Aleación de magnesio proviene de dos fuentes: desechos y residuos de materiales. Magnesio chatarra proviene de productos tales como computadoras, cámaras y ruedas que están hechas de magnesio y han sido descartadas. Los materiales son despojados de materiales exceso y presentados al alto calor para eliminar otras impurezas. Magnesio tiene un punto de fusión mucho mayor que otros metales, por lo que el plástico y otros materiales que normalmente se agregan al magnesio para crear los productos originales son desvanecidos sin perder mucho del magnesio. El resultado es una forma muy pura del metal. Residuos de magnesio proviene de la fundición y procesos de moldeo.

La producción mundial de aluminio nos la muestra la siguiente tabla:

La fusión bajo sales fundentes es un método adecuado para reciclar magnesio a partir de virutas de mecanizado ya que permite una recuperación superior al 70% del magnesio contenido en las mismas.

Fuente:http://es.scribd.com

ALUMINIO El aluminio es un metal fundamental en la corteza terrestre que no se encuentra en forma pura sino en forma de oxido acompañado de otros minerales, su extracción es del mineral llamado bauxita con el cual producimos aluminio primario y su punto de fusión es de aproximadamente 660 grados centígrados. El aluminio por ser un metal ligero prevalece sobre otros metales de mejores características conductoras y de resistencia, en general para todo tipo de aplicaciones en las que sea importante la movilidad y conservación de energía, también se hace más resistente con el frio y puede ser laminado a espesores de hasta 0.018cm, para usos en mecanismos acuáticos resalta por su resistencia a la corrosión, además de tomar un papel importante en diferentes tipos de aleaciones.

Figura 2. Produccion mundial de aluminio

Colombia no se encuentra como un productor de aluminio debido al alto precio de producción de este, por eso es tan importante el reciclaje de este ya que su elaboración es muy económica. Algunas de las propiedades más importantes del aluminio que hacen que este sea un metal de gran importancia y sea el más económico son:       

Apariencia Ligereza Maquinabilidad Propiedades físicas Propiedades mecánicas Resistencia a la corrosión Puede ser reciclado una y otra vez sin perder sus propiedades

Para la producción de aluminio se emplea alumina la cual se produce por el proceso Bayer, se necesitan casi 2 ton de alumina para producir 1 ton de aluminio; el proceso Bayer consta principalmente de tres etapas: Una primera etapa de extracción:

(Al2O3)xH2O + 2NaOH = 2NaAlO2 +(X+1)H2O Las plantas modernas operan entre los 200 y 240°C con presiones de aprox. 30atm. Posteriormente pasa a una etapa de precipitación: 2NaAlO2 + 4 H2O = (Al2O3)3H2O + 2NaOH Asi los cristales de hidrato son clasificados en fracciones por tamaño e introducidos en un horno rotativo o lecho fluidificados para su calcinación:

Figura 4. Principales aleaciones de Al

Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O.

Fuente: http://es.scribd.com

El proceso industrial de obtención de aluminio denominado proceso Hall-Heroult consiste entonces en la electrolisis de la alumina disuelta en una mezcla de sales fundidas o baño electrolítico que se mantiene en estado liquido a 960°C.

El aluminio puede ser reciclado en un 100%, al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario aunque mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario, las principales fuentes para reciclaje son los desechos del consumo ya sean domestico o industrial y el de los recortes y virutas resultantes de la fabricación de productos de aluminio. El reciclado del aluminio es un proceso complejo, en el que intervienen diversos factores. Tanto sus canales de recuperación como sus aplicaciones y mercados presentan múltiples posibilidades. El papel del recuperador se convierte en fundamental ya que se encuentra en el centro del "ciclo" y colabora en forma decisiva para darle el mejor uso posible al material, es esencial en la industria por ser una opción económica y viable ambientalmente.

Figura 3. Electrolisis de la alúmina. Fuente: http://www.slideshare.net/yesidtm/produccion-y-refinacionde-metales

Algunas de las aleaciones más importantes del aluminio son:

El aluminio usado llega principalmente por dos canales: de los desechos del consumo ya sea doméstico o industrial (por ejemplo, cables eléctricos, planchas litográficas, botes de bebidas, otros envases y embalajes, desguace de vehículos, derribos, etc.) y de los recortes y virutas que se producen durante la fabricación de productos de aluminio.

La industria también clasifica el aluminio en primario, cuando se extrae de su mineral bauxita, y de segunda fusión, cuando su materia prima básica son las chatarras y recortes de aluminio provenientes de aluminio ya usado y de recortes de fabricación. Se utiliza aquí el término "chatarra" en sentido amplio, como desechos de productos metálicos ya utilizados, conscientes de que el sector recuperador aplica principalmente este término a los desechos de productos de hierro y acero. Hay muchos tipos de aluminio recuperado, y cada calidad puede tener salidas diferentes. Según la pureza del material, éste será utilizado para una aplicación u otra. Dentro de los productos laminados, nos podemos encontrar, por ejemplo, con los botes, que se pueden usar para fabricar aluminio refinado para volver a hacer botes si son nuevos o han sido muy bien clasificados a su llegada al recuperador y otros productos de aluminio Se tiene la posibilidad de reciclar aluminio mediante métodos convencionales de baja temperatura basados en las interacciones de las propiedades físico-químicas del aluminio, para la producción de aluminio a partir de materias primas secundarias. La variación en el material de alimentación también debe tenerse en cuenta a nivel local, esto influye sobre la combinación de hornos, clasificación y pre tratamiento de chatarra, de recogida y eliminación que se utilicen, para el proceso de fundición el proceso convencional utiliza el horno de inducción Meltowe que no emite muchos gases y por lo general es para material limpio. RECICLAJE DE ALUMINIO El proceso de reciclado de aluminio necesita de poca energía, el refundido requiere solo un 5% de

la energía necesaria para producir el metal primario. Los productos de este metal son procesados para recuperar metales por pre tratamiento, fundición y refinado. Para esto se usan combustibles, fundentes y aleaciones además la remoción del magnesio y otros agentes contaminantes se hace por medio de la adición de cloro, cloruro de aluminio o compuestos orgánicos clorados. El reciclado de aluminio posee características que lo hacen interesante como son:  Alto rendimiento energético  Utilización infinita  Igualdad en el producto, el aluminio reciclado puede ser utilizado para los mismos productos que fueran reciclados  El reciclado de una tonelada de aluminio propicia la no utilización de 5toneladas de bauxita. CICLO DE RECICLAJE DEL ALUMINIO El proceso de reciclado cumple un ciclo que incluye la recolección del desecho y su debida preparación, la refundición del material, refinación y fundición del metal para obtener piezas fundidas; se habla de un ciclo ya que el material que entra como desecho del mercado vuelve al mercado como un nuevo producto. Comúnmente los procesos de fundición del aluminio a partir de la chatarra comienzan por la introducción de esta en el horno obteniendo el así aluminio fundido para verterlo en los moldes. Para fundirlo se utilizan diferentes hornos el más usado industrialmente es el horno de crisol. Los crisoles están constituidos pro materiales refractarios como grafito, sílice y arcilla cocidos a 900°C. Puede ser calentado por gas, coque o aceite, el rendimiento térmico es del 3 al 7% del crisol de foso con coque calentado de forma natural y 8 al