Fundición y refinado de aluminio - AdTech Metallurgical Materials Co., Ltd.

4 de diciembre Fundición y refinado del aluminio

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Fundición y refinado del aluminio

El aluminio se utiliza principalmente para fabricar pistones, piezas del motor y de la carrocería de los coches, latas de bebidas, puertas, revestimientos y papel de aluminio. También puede utilizarse en forma de chapa, placas y láminas de aluminio, varillas, barras y alambre, componentes de aeronaves, ventanas y marcos de puertas. Entre los principales sectores que utilizan aluminio se encuentran la industria de los envases y el embalaje, el sector del transporte y el sector de la construcción.

El aluminio puede producirse a partir del mineral de bauxita o de chatarra de aluminio. El refinado del mineral de aluminio resulta tan costoso que la industria de la producción secundaria domina gran parte del mercado. En Estados Unidos se recuperan aproximadamente 40% de aluminio para su refinado secundario (USEPA, 1995).

Debido a las elevadas necesidades energéticas, los principales productores de aluminio primario suelen estar ubicados en zonas con bajos costes energéticos, como el noroeste y el valle del río Ohio. Los productores secundarios suelen ubicarse cerca de centros industriales, como el sur de California y la región de los Grandes Lagos.

Tanto los productores de aluminio primario como los de aluminio secundario refinan y funden el aluminio y lo vierten en barras denominadas lingotes. Los lingotes se envían a plantas de fundición de metales u otras plantas de conformado para su moldeado o laminado.

Por supuesto, antes de prensar y conformar los productos de aluminio, es necesario filtrar el aluminio y la aleación de aluminio en estado líquido (Filtro de espuma cerámica absorbe y filtra las impurezas) y desgasificado (el equipos de desgasificación (elimina los gases inertes) para cumplir los requisitos del aluminio fundido.

Refinado primario de aluminio

La producción de aluminio a partir del mineral de bauxita es un proceso que consta de tres etapas. En primer lugar, se extrae la alúmina del mineral de bauxita, normalmente mediante el proceso Bayer. En el proceso Bayer, la bauxita finamente triturada se mezcla con hidróxido de sodio y se introduce en un ’digestor». Las altas temperaturas y presiones del digestor provocan reacciones en la mezcla de mineral e hidróxido de sodio. El resultado es óxido de aluminio disuelto y residuos del mineral. Los residuos, que incluyen óxidos de silicio, plomo, titanio y calcio, forman un lodo en el fondo del digestor. El óxido de aluminio se evapora y se condensa. Se añaden almidones y otros ingredientes para eliminar cualquier impureza restante del óxido.

A continuación, la solución se traslada a un depósito de precipitación donde se cristaliza el óxido de aluminio. Los productos de la cristalización son el hidróxido de aluminio y la hidrazida de sodio. Los cristales se lavan, se deshidratan al vacío y se envían a una máquina de deshidratación para una deshidratación adicional.

A continuación, el óxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer se reduce a aluminio metálico, normalmente mediante el proceso Hall-Héroult. En este proceso, el óxido de aluminio se introduce en una célula electrolítica con criolita fundida. Se introduce una varilla de carbono en la célula y la reacción da lugar a monóxido de carbono, dióxido de carbono y aluminio. El aluminio se deposita en el fondo, desde donde se extrae del depósito y se envía a un horno de fusión o de mantenimiento.

A continuación, el aluminio fundido se mezcla con las aleaciones deseadas para obtener características específicas y se moldea en lingotes para su transporte a los talleres de fabricación. En los talleres de fabricación, el aluminio fundido o las aleaciones de aluminio se vuelven a fundir, se vierten en moldes y se enfrían. El aluminio fundido puede calentarse aún más para eliminar óxidos, impurezas y otros metales activos, como el sodio y el magnesio, antes de la fundición. También se puede hacer pasar cloro a través del aluminio fundido para eliminar aún más impurezas.

Fuentes de residuos y oportunidades para la prevención de la contaminación

Las emisiones atmosféricas proceden de diversas fuentes. La trituración de la bauxita, la calcinación del óxido de aluminio y la manipulación de materiales generan partículas. Se utiliza ampliamente equipamiento de control de emisiones atmosféricas para capturar estas partículas.

Las partículas pueden tener un alto contenido en metales. Si el contenido metálico es suficiente, el polvo procedente del control de emisiones puede refundirse para recuperar los metales restantes, o bien reutilizarse de otra forma o venderse por su contenido metálico. Si el polvo no tiene un contenido metálico suficiente, suele depositarse en un vertedero.

Otra fuente de emisiones atmosféricas procedentes de los procesos de producción de aluminio primario tiene lugar durante la reducción del óxido de aluminio a aluminio metálico. Se generan gases de fluoruro de hidrógeno y partículas, fluoruros, alúmina, monóxido de carbono, dióxido de azufre y compuestos orgánicos volátiles. Los baños electrolíticos suelen utilizar pastas de ánodo en la celda. La pasta debe introducirse continuamente en la celda a través de una chapa de acero con una abertura. Esta alimentación continua permite que el gas se escape.

Un método para reducir las emisiones de gases es el uso de ánodos precocidos. Los ánodos precocidos deben fabricarse en una planta situada en las propias instalaciones. Los ánodos precocidos permiten sellar el baño electrolítico, lo que facilita la captura de gases. A continuación, los ánodos se sustituyen cada 14-20 días, reteniendo así los gases para su recogida. Los hornos de cocción de ánodos producen emisiones de fluoruros, compuestos orgánicos vaporizados y dióxido de azufre. Estas emisiones suelen controlarse mediante depuradores húmedos.

Los residuos líquidos no suponen un gran problema en el procesamiento del aluminio. Durante los procesos de clarificación y precipitación se generan aguas residuales; sin embargo, gran parte de esa agua se reutiliza directamente.

Entre los residuos en fase sólida se incluyen los residuos del refinado de la bauxita, denominados «lodo rojo», y los residuos de reducción procedentes de los revestimientos de los hornos agotados. El lodo rojo contiene hierro, aluminio, sílice, calcio y sodio, dependiendo del mineral utilizado. Por lo general, el lodo rojo se gestiona in situ y no es peligroso.

El revestimiento refractario de los recipientes utilizados para refinar el aluminio constituye otro motivo de preocupación en materia de residuos sólidos. El material refractario se degrada con el uso continuado y genera residuos peligrosos clasificados como RCRA K088.

Producción de aluminio secundario

En la industria de la producción secundaria de aluminio, la chatarra de aluminio se funde en hornos reverberantes o de solera alimentados con gas o petróleo. Las impurezas se eliminan mediante cloro u otros fundentes hasta que el aluminio alcanza la pureza deseada.

Otras plantas de producción de aluminio utilizan escoria además de chatarra. La escoria es un subproducto de la fundición de aluminio primario. Este proceso reduce aún más la contaminación derivada de la producción de aluminio primario. Contiene fundentes y concentraciones variables de aluminio. Los términos “escoria desnatada”, “rica” o “blanca” se refieren a la escoria de aluminio con un alto contenido en aluminio. La “escoria negra” o “pastillas de sal” se refiere a la escoria de aluminio procedente de procesos en los que se utilizan fundentes salinos.

La escoria se tritura, se criba y se funde en un horno rotativo, donde el aluminio fundido se recoge en la parte inferior. La escoria salina resultante es un residuo. Para reducir este residuo, se puede lixiviar en agua una mayor cantidad de los metales restantes y recogerlos.

Para eliminar la necesidad de utilizar fundentes salinos, se ha desarrollado un nuevo tratamiento con soplete de plasma para calentar el horno rotativo. Mediante este procedimiento se recuperan altas concentraciones de aluminio.

Prevención de la contaminación en el procesamiento secundario del aluminio

Las emisiones atmosféricas y los residuos en fase sólida son las principales preocupaciones en la industria de transformación del aluminio. Las emisiones atmosféricas dependen en gran medida de la calidad de la chatarra utilizada. Las emisiones pueden proceder de la fundición, el refinado y los gases de escape de los hornos. Entre estos gases pueden encontrarse productos de combustión, cloruro de hidrógeno y cloruros metálicos, óxido de aluminio y compuestos metálicos. Para reducir las emisiones, independientemente del tipo de chatarra utilizada, se puede sustituir el cloro por fluoruro de aluminio para eliminar las impurezas del metal fundido. Todos los sistemas suelen estar conectados a equipos de control de emisiones, normalmente un filtro de mangas para la captación de flúor y otros gases.

Los residuos en fase sólida procedentes de la producción de aluminio secundario son escorias que se forman durante la fundición. Las escorias contienen cloruros, fundentes y magnesio. Los metales pueden separarse y reutilizarse o venderse.

Los residuos líquidos incluyen el agua que se añade a la escoria para facilitar la separación de los distintos metales. Las aguas residuales pueden estar contaminadas con sal y fundentes, pero a menudo pueden recuperarse y reutilizarse.