Ανακύκλωση αλουμινίου

Η ανακύκλωση αλουμινίου είναι η διαδικασία με την οποία το σκραπ αλουμινίου μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί σε προϊόντα, μετά την αρχική του παραγωγή. Η διαδικασία περιλαμβάνει απλώς την εκ νέου τήξη του μετάλλου, το οποίο είναι πολύ λιγότερο δαπανηρό και ενεργοβόρο από τη δημιουργία νέου αλουμινίου, μέσω της ηλεκτρόλυσης του οξειδίου του αλουμινίου (Al2O3), το οποίο πρέπει πρώτα να εξορυχθεί από μετάλλευμα βωξίτη και στη συνέχεια να εξευγενιστεί σε οξείδιο του αλουμινίου, χρησιμοποιώντας τη διαδικασία Bayer, και στη συνέχεια να διυλιστεί ξανά σε μέταλλο αλουμινίου, χρησιμοποιώντας τη διαδικασία Hall–Héroult.

Η ανακύκλωση σκραπ αλουμινίου απαιτεί μόνο το 5% της ενέργειας που χρησιμοποιείται για την παραγωγή νέου αλουμινίου από το ακατέργαστο μετάλλευμα. Για το λόγο αυτό, περίπου το 36% του συνόλου του αλουμινίου που παράγεται στις Η.Π.Α., προέρχεται από παλιά ανακυκλωμένα σκραπ. Τα χρησιμοποιημένα δοχεία ποτών, είναι το μεγαλύτερο συστατικό των επεξεργασμένων σκραπ αλουμινίου, και το μεγαλύτερο μέρος τους κατασκευάζεται ξανά σε κουτιά αλουμινίου.

Ιστορία

Μια κοινή πρακτική από τις αρχές του 1900 και που χρησιμοποιήθηκε εκτενώς κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, ήταν η ανακύκλωση αλουμινίου. Ήταν, ωστόσο, μια δραστηριότητα χαμηλού προφίλ, μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του '60, όταν η εκρηκτική δημοτικότητα των αλουμινένιων κουτιών αναψυκτικών έφερε τελικά την ανακύκλωση στη συνείδηση ​​του κόσμου.

Μοντέλο που προώθησε την ανακύκλωση αλουμινίου το 1942 ήταν η εταιρία Douglas Aircrafty
Πηγές για ανακυκλωμένο αλουμίνιο περιλαμβάνουν αεροσκάφη, αυτοκίνητα, ποδήλατα, βάρκες, υπολογιστές, μαγειρικά σκεύη, υδρορροές, παρακαμπτήριος, σύρμα και πολλά άλλα προϊόντα που χρειάζονται ένα ισχυρό ελαφρύ υλικό ή ένα υλικό με υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Καθώς η ανακύκλωση δεν μετατρέπει το στοιχείο, το αλουμίνιο μπορεί να ανακυκλωθεί επ' αόριστον και να εξακολουθεί να χρησιμοποιείται για την παραγωγή οποιουδήποτε προϊόντος, για το οποίο θα μπορούσε να είχε χρησιμοποιηθεί νέο αλουμίνιο.

Πλεονεκτήματα

Το αλουμίνιο είναι ένα απείρως ανακυκλώσιμο υλικό, που απαιτεί έως και 95% λιγότερη ενέργεια για την ανακύκλωσή του, απ' ότι για την παραγωγή πρωτογενούς αλουμινίου, το οποίο περιορίζει επίσης τις εκπομπές, συμπεριλαμβανομένων και των αερίων του θερμοκηπίου. Σήμερα, περίπου το 75% του συνόλου του αλουμινίου που παρήχθη στην ιστορία, (δηλαδή, σχεδόν ένα δισεκατομμύριο τόνοι), εξακολουθεί να χρησιμοποιείται.

Η ανακύκλωση του αλουμινίου παράγει γενικά σημαντική εξοικονόμηση κόστους, σε σχέση με την παραγωγή νέου αλουμινίου, ακόμη και όταν λαμβάνεται υπόψη το κόστος συλλογής, διαχωρισμού και ανακύκλωσης. Μακροπρόθεσμα, γίνονται ακόμη μεγαλύτερες εθνικές εξοικονομήσεις, όταν ληφθεί υπόψη η μείωση του κεφαλαιουχικού κόστους, που σχετίζεται με τις χωματερές, τα ορυχεία και τη διεθνή αποστολή ακατέργαστου αλουμινίου.

Ενεργειακή εξοικονόμηση 

Η ανακύκλωση αλουμινίου χρησιμοποιεί περίπου το 5% της ενέργειας, που απαιτείται για τη δημιουργία αλουμινίου απ' τον βωξίτη. Η ποσότητα ενέργειας, που απαιτείται για τη μετατροπή του οξειδίου του αλουμινίου σε αλουμίνιο μπορεί να φανεί έντονα, όταν η διαδικασία αντιστρέφεται κατά τη διάρκεια της καύσης σύνθετου προωθητικού θερμίτη ή υπερχλωρικού αμμωνίου.

Η εξώθηση αλουμινίου είναι ένας συγκεκριμένος τρόπος λήψης επαναχρησιμοποιήσιμου υλικού από υπολείμματα αλουμινίου, αλλά δεν απαιτεί μεγάλη παραγωγή ενέργειας από μια διαδικασία τήξης. Το 2003, τα μισά από τα προϊόντα που κατασκευάζονταν από αλουμίνιο προέρχονταν από ανακυκλωμένο υλικό αλουμινίου.

Περιβαλλοντική εξοικονόμηση 

Το όφελος όσον αφορά τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα εξαρτάται εν μέρει από τον τύπο της ενέργειας που χρησιμοποιείται. Η ηλεκτρόλυση μπορεί να γίνει με χρήση ηλεκτρικής ενέργειας, από πηγές μη ορυκτών καυσίμων, όπως πυρηνικές, γεωθερμικές, υδροηλεκτρικές ή ηλιακές. Η παραγωγή αλουμινίου προσελκύεται από πηγές φθηνής ηλεκτρικής ενέργειας. Ο Καναδάς, η Βραζιλία, η Νορβηγία και η Βενεζουέλα διαθέτουν υδροηλεκτρική ενέργεια από 61 έως 99% και είναι σημαντικοί παραγωγοί αλουμινίου. Ωστόσο, οι άνοδοι που χρησιμοποιούνται ευρέως στη διαδικασία Hall–Héroult, είναι κατασκευασμένες από άνθρακα και καταναλώνεται κατά την παραγωγή αλουμινίου, παράγοντας μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα, ανεξάρτητα από την πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Γίνονται προσπάθειες για την εξάλειψη της ανάγκης για ανόδους άνθρακα. Η χρήση ανακυκλωμένου αλουμινίου μειώνει, επίσης, την ανάγκη για εξόρυξη και διύλιση βωξίτη.

Η τεράστια ποσότητα αλουμινίου που χρησιμοποιείται σημαίνει ότι ακόμη και οι μικρές ποσοστιαίες απώλειες είναι μεγάλα έξοδα. Άρα η ροή του υλικού παρακολουθείται καλά και υπολογίζεται για οικονομικούς λόγους. Η αποτελεσματική παραγωγή και ανακύκλωση ωφελεί και το περιβάλλον.

Διαδικασία για δοχεία αλουμινίου 

Τα δοχεία αναψυκτικών αλουμινίου ανακυκλώνονται συνήθως με την ακόλουθη μέθοδο:

Τα δοχεία αρχικά χωρίζονται από τα αστικά απορρίμματα, συνήθως μέσω διαχωριστή δινορρευμάτων, και κόβονται σε μικρά κομμάτια ίδιου μεγέθους, για να μειωθεί ο όγκος και να διευκολυνθούν τα μηχανήματα που τα διαχωρίζουν.
Τα τεμάχια καθαρίζονται χημικά/μηχανικά και μπλοκάρονται για να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες οξείδωσης κατά την τήξη. (Η επιφάνεια του αλουμινίου οξειδώνεται εύκολα σε οξείδιο του αλουμινίου όταν εκτίθεται στο οξυγόνο.)
Οι κύβοι φορτώνονται στον κλίβανο και θερμαίνονται στους 750 °C ± 100 °C, για να παραχθεί λιωμένο αλουμίνιο.
Η σκωρία αφαιρείται και το διαλυμένο υδρογόνο απαερώνεται. (Το λιωμένο αλουμίνιο αποσυνδέει εύκολα το υδρογόνο από τους υδρατμούς και τους ρύπους από τους υδρογονάνθρακες.) Αυτό γίνεται συνήθως με το χλώριο και το αέριο άζωτο. Τα δισκία εξαχλωροαιθανίου χρησιμοποιούνται συνήθως ως πηγή χλωρίου. Το υπερχλωρικό αμμώνιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί, καθώς αποσυντίθεται κυρίως σε χλώριο, άζωτο και οξυγόνο όταν θερμαίνεται.
Λαμβάνονται δείγματα για φασματοσκοπική ανάλυση. Ανάλογα με το επιθυμητό τελικό προϊόν, προστίθεται αλουμίνιο υψηλής καθαρότητας, χαλκός, ψευδάργυρος, μαγγάνιο, πυρίτιο ή/και μαγνήσιο για να αλλάξει η τηγμένη σύνθεση στις κατάλληλες προδιαγραφές κράματος. Τα πέντε κορυφαία κράματα αλουμινίου που παράγονται είναι τα: 6061, 7075, 1100, 6063 και 2024.
Ο κλίβανος χτυπά το λιωμένο αλουμίνιο που χύνεται έξω και η διαδικασία επαναλαμβάνεται ξανά για την επόμενη παρτίδα. Ανάλογα με το τελικό προϊόν, μπορεί να χυθεί σε πλινθώματα, ράβδους ή μπιγιέτες, να διαμορφωθεί σε μεγάλες πλάκες για έλαση, να ψεκαστεί σε σκόνη, να αποσταλεί σε έναν εξωθητήρα ή να μεταφερθεί σε τηγμένη του κατάσταση σε εγκαταστάσεις παραγωγής για περαιτέρω επεξεργασία.

Παραγωγή πλινθωμάτων με χρήση κλιβάνων αντήχησης 

Το σκραπ αλουμινίου χωρίζεται σε μια σειρά κατηγοριών όπως αλουμίνιο ειρωνείας (μπλοκ κινητήρα κ.λπ.), καθαρό αλουμίνιο (ζάντες αλουμινίου). Τα απορρίμματα ταξινομούνται σύμφωνα με την ISRI (Institute of Scrap Recycling Industries).

Ανάλογα με τις προδιαγραφές της απαιτούμενης χύτευσης πλινθωμάτων, θα εξαρτηθεί από τον τύπο του σκραπ που χρησιμοποιείται στο τήγμα εκκίνησης. Γενικά, το σκραπ φορτώνεται σε έναν κλίβανο αντήχησης (άλλες μέθοδοι φαίνεται να είναι είτε λιγότερο οικονομικές και/ή επικίνδυνες) και λιώνει για να σχηματιστεί ένα «λουτρό». Το τηγμένο μέταλλο ελέγχεται χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία σε δείγμα που λαμβάνεται από το τήγμα για να καθοριστεί ποιες βελτιώσεις χρειάζονται για την παραγωγή των τελικών χυτών.

Αφού προστεθούν οι βελτιώσεις, το τήγμα μπορεί να δοκιμαστεί αρκετές φορές για να μπορέσει να ρυθμίσει την παρτίδα στο συγκεκριμένο πρότυπο.

Μόλις η σωστή "συνταγή"  μετάλλου είναι διαθέσιμη, ο κλίβανος χτυπιέται και χύνεται σε καλούπια πλινθωμάτων, συνήθως μέσω μιας μηχανής χύτευσης. Το τήγμα στη συνέχεια αφήνεται να κρυώσει, στοιβάζεται και πωλείται ως χυτή ράβδος πυριτίου-αλουμινίου σε διάφορες βιομηχανίες για επαναχρησιμοποίηση. Κυρίως παράγονται χυτά κράματα όπως ADC12, LM2, AlSi132, LM24 κ.λπ.. Αυτά τα πλινθώματα δευτερογενών κραμάτων χρησιμοποιούνται σε εταιρείες χυτού.

Οι ανακλινόμενοι περιστροφικοί κλίβανοι χρησιμοποιούνται για την ανακύκλωση σκραπ αλουμινίου, τα οποία παρέχουν μεγαλύτερη ανάκτηση σε σύγκριση με τους κλιβάνους αντήχησης (Φούρνοι Skelner).

Ποσοστό ανακύκλωσης 
Σύμφωνα με στοιχεία του 2020 από το Διεθνές Ινστιτούτο Αλουμινίου, το παγκόσμιο ποσοστό απόδοσης ανακύκλωσης είναι 76%. Περίπου το 75% των περίπου 1,5 δισεκατομμυρίων τόνων αλουμινίου που έχει παραχθεί ποτέ, εξακολουθεί να χρησιμοποιείται παραγωγικά σήμερα.

Η Βραζιλία ανακυκλώνει το 98,2% της παραγωγής των αλουμινένιων κουτιών της, που ισοδυναμεί με 14,7 δισεκατομμύρια αλουμινένια κουτιά  ετησίως, κατατάσσοντάς την πρώτη στον κόσμο, περισσότερο από το ποσοστό ανάκαμψης 82,5% της Ιαπωνίας. Η Βραζιλία βρίσκεται στην κορυφή των διαγραμμάτων ανακύκλωσης δοχείων αλουμινίου οκτώ συνεχόμενα έτη.

Ευρώπη

Δευτερογενής ανακύκλωση αλουμινίου 
Κυρίως άρθρο: Aluminium dross recycling

Η λευκή σκωρία, ένα κατάλοιπο από πρωτογενή παραγωγή αλουμινίου και δευτερογενείς εργασίες ανακύκλωσης, που συνήθως ταξινομείται ως απόβλητο, εξακολουθεί να περιέχει χρήσιμες ποσότητες αλουμινίου, που μπορούν να εξαχθούν βιομηχανικά. Η διαδικασία παράγει μπιγιέτες αλουμινίου, μαζί με ένα εξαιρετικά πολύπλοκο υλικό απόβλητο. Αυτά τα απόβλητα είναι δύσκολο να τα διαχειριστούμε. Αντιδρά με το νερό, εκπέμποντας ένα μείγμα από αέρια (περιλαμβάνοντας, μεταξύ άλλων, υδρογόνο, ακετυλένιο και αμμωνία), που αναφλέγεται αυθόρμητα σε επαφή με τον αέρα. Η επαφή με τον υγρό αέρα έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση άφθονων ποσοτήτων αερίου αμμωνίας. Παρά αυτές τις δυσκολίες, τα απόβλητα έχουν βρει χρήση ως συμπληρωματικό σε άσφαλτο και σκυρόδεμα.

Δείτε επίσης

 Περιβαλλοντικά ζητήματα με την εξόρυξη
 Ανακύκλωση σιδηρούχων μετάλλων
 Αντίστροφη μηχανή αυτόματης πώλησης

Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

Ανακύκλωση
Αργίλιο