Aluminio. Material de consulta para profesores

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1 Aluminio Material de consulta para profesores

2 CONTENIDO: 1. El aluminio en el mundo. Características y aplicaciones 2. Propiedades del aluminio 3. Usos del aluminio 3. Producción de aluminio primario 4. El aluminio en los envases. 4.1 Las latas de bebidas 4.2 Las latas de alimentos 4.3 Los envases semirígidos 4.4 Los aerosoles 4.5 Los envases flexibles 5. El reciclado de los envases de aluminio. La importancia de las latas de bebidas 6. Mejoras medioambientales 7. Asociación para el Reciclado de Productos de Aluminio (ARPAL) 2

3 1. El aluminio en el mundo y sus características El aluminio es el primer metal más abundante de la corteza terrestre,. Cerca de un 8% de la litosfera está formada por aluminio y su presencia ya fue detectada por los romanos, aunque la primera reducción no se obtuvo hasta el año En la naturaleza se encuentra en forma de óxidos, generalmente hidratados, silicatos y mezclado con otros elementos químicos. Algunos ejemplos de elementos donde está presente el aluminio son: la bauxita (mineral primario del que se extrae el aluminio), la alunita, algunas piedras preciosas como el rubí, el topacio y el zafiro oriental, el caolín y las arcillas. Durante mucho tiempo el aluminio sólo se obtuvo en laboratorio y por sus propiedades se le consideraba un metal precioso. En 1886, Charles Martin Hall y Paul L.T. Hérolult (el primero en Estados Unidos y el segundo en Francia) idearon el proceso industrial para producir aluminio y a partir de aquí su consumo se disparó mundialmente superando a otros metales más tradicionales como el estaño, el plomo, el zinc y el cobre. En poco más de 100 años, su consumo ha llegado a ser del orden de 25 millones de toneladas anuales y hoy en día es el metal no férreo de uso más extendido en el mundo. Está presente en sectores tan diversos como la alimentación, el transporte, la construcción, la electricidad, la medicina, los envases y embalajes, etc. gracias a sus propiedades, que lo hacen insustituible en múltiples aplicaciones. En la siguiente tabla se recogen los consumos de aluminio en Europa y en España (en %), por sectores: Tabla 1: consumos % de aluminio en Europa y España SECTOR EUROPA ESPAÑA Transporte 28 24,2 Construcción 19 25,5 Envases y embalajes 12 15,5 Electricidad 9 10,3 Industria en general 12 8,7 Usos domésticos 8 4,9 Varios 12 10,9 3

4 2. Propiedades del aluminio Las propiedades más destacables del aluminio, que han favorecido su consumo en todo tipo de sectores y países y sobre las que se fundamentan sus aplicaciones más importantes, son las siguientes: Superficie metálica clara y fácilmente coloreable. Baja densidad, lo que lo hace muy indicado para la construcción de vehículos aerospaciales. Ligero y maleable Bajo punto de fusión Resistente a la corrosión, cualidad por la que es muy apreciado en construcción. No magnético Impermeable al agua y a los olores, cualidad indispensable para envases. Gran poder reductor Alta conductividad térmica y eléctrica. Al combinarlo con otros metales puede dar lugar a infinidad de aleaciones, algunas de ellas con propiedades mecánicas comparables a las del acero pero con la tercera parte de densidad. El aluminio se alea con casi todos los elementos químicos, pero destacan las aleaciones con Mg, Si, Cu, Zn y Mn. Aparte de las aleaciones, con aluminio también se fabrican materiales compuestos. Fácilmente reciclable. De hecho, el aluminio se recicla desde su fabricación y es una actividad normal, técnicamente resuelta y rentable que conlleva beneficios tanto económicos como medioambientales. En la siguiente tabla pueden verse las tasas globales de reciclado de aluminio según su procedencia. 4

5 3. Usos del aluminio El aluminio es como un almacén de energía (15 Kw/Kg), por ello tiene un gran valor que no puede desperdiciarse y su reciclado se traduce en recuperación de energía. Además, es un material muy valioso como residuo, lo que supone un gran incentivo económico. Los usos que se da al aluminio actualmente son múltiples y se puede dividir por sectores: - Electricidad: El aluminio ha ido reemplazando progresivamente al cobre desde la década de los 50 en las líneas de transmisión de alto voltaje y actualmente es una de las formas más económicas de producir electricidad, además de que puede transportar el doble de electricidad que una onza de cobre (actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a voltios o más). Por otra parte, el aluminio también está presente en las antenas para televisores y satélites. - Transporte: Durante la última década la utilización de aluminio en la industria automovilística ha aumentado de forma constante y la industria del aluminio está dedicando importantes recursos para aumentar su participación en este sector. Este interés responde a criterios ecológicos, además de económicos. Actualmente, se fabrican en aluminio piezas fundidas (pistones, ruedas, cajas de transmisión) y radiadores, pero ya existen algunos coches deportivos, berlinas de lujo y utilitarios fabricados totalmente en aluminio. La utilización de este material en la fabricación de vehículos conlleva grandes ventajas medioambientales: la ligereza del material supone una reducción del peso del vehículo de más de un 50% comparado con otros materiales competitivos, lo que se traduce en un ahorro de combustible, ya que el vehículo requiere menor potencia para moverse, y por lo tanto genera una menor polución. En términos de reciclabilidad, en más del 95% del aluminio utilizado en transporte es recuperado y reciclado. Asimismo el sector ferroviario también utiliza el aluminio en sus locomotoras. Como ejemplo: un tren de aluminio aporta un ahorro de energía del 87% a lo largo de los 40 años de vida media, en comparación con otros trenes fabricados con elementos más pesados. En el sector aeroespacial es indispensable gracias a su ligereza. Desde que se fabricara el primer aeroplano, el aluminio ha formado parte importante en su construcción y ha reemplazado a materiales que se utilizaban en sus inicios como la madera y el acero. De hecho, el primer avión de aluminio se fabricó en la década de 1920 y desde entonces sigue vinculado a este sector gracias a la combinación de su fuerza, ligereza y maleabilidad. 5 -Edificación y Construcción: En el sector de la construcción el uso del aluminio es mayoritario en comparación con otros metales. La demanda ha crecido de manera considerable a lo largo de los últimos 50 años y actualmente es utilizado en estructuras de ventanas y puertas y en otras estructuras como cubiertas para grandes superficies y estadios como el de Francia en París y el nuevo parlamento europeo en Bruselas. Por otra parte, cada vez más, diseñadores, arquitectos y artistas utilizan el aluminio con fines ornamentales y decorativos como por ejemplo Dumia, una cúpula realizada enteramente de aluminio y que mide más de cinco metros de altura y 12 de diámetro, situada en la plaza Real de Torino.

6 3. Usos del aluminio - Envases: En este sector, las aplicaciones son múltiples y abarcan desde la fabricación de latas, el papel de envolver, el revestimiento interior de envases de cartón (tetra brick) hasta láminas para cerrar yogures, medicamentos, etc. En cuanto a la utilización de latas de aluminio como envase cabe destacar sus ventajas en comparación con otros materiales: protegen el contenido durante largos periodos ante la entrada de oxígeno y contra la luz, son muy ligeras, permiten enfriar las bebidas rápidamente, son difíciles de romper, presentan una gran comodidad de manejo y ocupan muy poco espacio. Y lo más importante: son 100% reciclables. - Otros usos: En la industria química el aluminio y sus aleaciones se utilizan para fabricar tubos, recipientes y aparatos. Por su elevada conductividad térmica, el aluminio se emplea en utensilios de cocina. Además, no hay que olvidar la presencia en nuestra vida cotidiana del papel de aluminio, que protege los alimentos y otros productos perecederos El aluminio se utiliza también en reactores nucleares a baja temperatura porque absorbe relativamente pocos neutrones. La resistencia a la corrosión al agua del mar del aluminio también lo hace útil para fabricar cascos de barco y otros mecanismos acuáticos. 6

7 4. Producción de aluminio primario A nivel mundial, la mayor parte del aluminio primario se produce por electrolisis a partir de la alúmina empleando preferentemente energía hidroeléctrica renovable, reduciendo la bauxita a alúmina, en una relación de 4 a 1, es decir, de cada 4 toneladas de bauxita se obtiene 1 tonelada de aluminio. Según su origen, la bauxita contiene proporciones diferentes de óxido de aluminio. Los principales yacimientos de bauxita se encuentran en los cinturones subtropicales en ambos lados del Ecuador, en países como Australia, Sierra Leona, India, Indonesia, Brasil, etc. Aunque menos importantes, también hay yacimientos en Estados Unidos, China y algunos países europeos. Para producir aluminio, el primer paso es la transformación (reducción) de la bauxita en óxido de aluminio o alúmina. Para ello se calienta la bauxita con sosa cáustica a alta presión y temperatura (entre 100 y 320 o C) y se obtiene aluminato sódico. Al mismo tiempo se sedimentan óxidos de hierro, óxidos de titanio y ácido silícico formando el llamado barro rojo que tiene un ph muy alto. El siguiente paso es calcinar el aluminato sódico con hidróxido de aluminio a 1000 o C para obtener el óxido de aluminio en forma de polvo, compuesto en un 50% por aluminio y un 50% de oxígeno. Por último, mediante un proceso electrolítico, el óxido de aluminio se convierte en aluminio puro. En esta operación se utiliza fluoruro de sodio-aluminio para bajar el punto de fusión del óxido de aluminio a menos de 1000 o C. Mediante corriente continua, la alúmina se descompone en aluminio metálico y oxígeno molecular. Este último se deposita en el ánodo de grafito y se quema, mientras que el aluminio se concentra en el cátodo. El metal se retira para mezclarlo con diferentes elementos según sea su aplicación. Es importante destacar que en los últimos 35 años el consumo energético para la obtención de aluminio a partir de la bauxita se ha reducido un 30% y que el 62% de la producción en el mundo occidental utiliza tecnología limpia y energía hidroelétrica renovable. Asimismo, la reducción de espesor de muchos productos, y en particular los de consumo, lo convierten en uno de los materiales con más rendimiento en aplicaciones finales, destacando en el sector del envase. A continuación se adjunta una tabla donde se puede observar la evolución de la producción de aluminio primario en el mundo: pasa a la pagina siguiente 7

8 4. Producción de aluminio primario *Fuente: Instituto Internacional del Aluminio. PRODUCCIÓN MUNDIAL DE ALUMINIO PRIMARIO (En millones de toneladas) Año Africa América del norte América del sur Este Asia Sud Asia Oeste Europa Europa Este y central Oceanía Total Promedio diario , , , , , , , ,931 29, , , , ,722 26, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,327 1, , , ,781 1, ,327 1,091 11, , ,889 1, ,462 1,273 12, ,475 1, ,488 1,407 13, ,587 1,698 1,093 3,580 1,501 14, ,617 1,790 1,118 3,561 1,498 14, ,947 1,996 1,223 3,505 1,495 14, ,016 1,949 1,379 3,319 1,483 14, ,000 1,949 1,530 3,236 1,653 14, ,554 1,976 1,585 3,961 1,583 15, ,546 2,058 1,656 5,885 1,566 17, ,015 5,860 2,107 1,624 3,192 3,185 1,656 18, ,106 5,930 2,116 1,910 3,297 3,316 1,804 19, ,043 6,086 2,075 1,843 3,549 3,419 1,934 19, ,095 6,169 2,093 1,966 3,720 3,584 2,028 20, ,178 6,041 2,167 2,221 3,801 3,689 2,094 21, ,369 5,222 1,991 2,234 3,885 3,728 2,122 20, ,372 5,413 2,230 2,261 3,928 3,825 2,170 21, ,428 5,495 2,275 2,475 4,068 3,996 2,198 21, ,711 5,110 2,356 2,735 4,295 4,139 2,246 22, ,753 5,382 2,391 3,139 4,352 4,194 2,252 23, ,864 5,333 2,493 3,493 4,182 4,230 2,274 23, ,643 2,557 3,707 4,306 4,460 2,315 24,

9 5. El aluminio en los envases: Las latas de bebidas El aluminio cumple todas las exigencias del envase moderno por lo que su utilización en este sector es cada vez más importante. Actualmente se consumen más de millones de latas de aluminio Europa y su tasa de reciclaje está por encima del 80% en algunos países. Suecia, con 92% y Suiza con el 88% van a la cabeza en Europa. El reciclado de latas, además de resolver el problema de los residuos urbanos es un factor de preservación de energía, ya que, entre otras características, el proceso de fundición utilizado en el reciclaje no produce polución. Las latas de aluminio necesitan el 40% menos del metal que las latas que se fabricaban hace 25 años y menos energía y materia prima. En España, durante el 2006, dos de cada tres latas de bebidas se reciclaron, lo que sitúa a este envase en primer lugar y España se sitúa por encima de la media europea con un 67%. Los sistemas de recogida selectiva y de devolución son utilizados cada vez más por la sociedad, consciente de la importancia de que un pequeño gesto, como el de tirar la lata a su contenedor correspondiente, supone un beneficio para el medio ambiente. Las propiedades más importantes del aluminio, aplicadas al sector de los envases y embalajes, son las siguientes: RESISTENTE: se puede deformar sin romperse y ofrece la máxima protección como efecto barrera contra gases y contra la luz, incluso en espesores muy pequeños, lo que permite alargar la vida de los productos. Por ejemplo, un sólo gramo de una hoja de aluminio alarga la vida del alimento varias veces. INERTE A LA INTERACCIÓN CON EL CONTENIDO: pero en el caso de materiales muy agresivos, se puede recubrir con lacas sanitarias o películas plásticas de alta inercia. SE DECORA Y/O IMPRIME CON FACILIDAD y en muchos casos el color brillante del metal forma parte de la decoración del envase, es decir, no se recubre en algunas zonas por lo que el consumo de productos de decoración es menor por unidad. NO SE OXIDAN Y SON FÁCILES DE ABRIR: la tapa de fácil apertura fue inventada por el aluminio, e incluso las latas de bebidas de hojalata llevan la tapa de aluminio. LIGERO: Es el más ligero de los metales de aplicación industrial, con el consiguiente ahorro de energía en el transporte. 9

10 5. El aluminio en los envases: las latas de bebidas. El aluminio ha tenido un auge espectacular en las latas de bebida y su presencia es cada vez más importante en este tipo de envase. En Estados Unidos, por ejemplo, todas las latas de bebidas son exclusivamente de aluminio. En este país, los fabricantes de envases de cerveza y refrescos producen diariamente 300 millones de latas, un total de cien mil millones al año. Tal es su importancia que el volumen de fabricación de esta industria, equivalente a una lata por americano y día, supera incluso la producción de clavos y clips y los métodos analíticos que se utilizan en su diseño y fabricación son los mismos que en la ingeniería espacial. Hasta 1985 sólo las latas de cerveza eran de aluminio pero hoy en día dos terceras partes de las bebidas no alcohólicas utilizan latas de aluminio. El conjunto del mercado europeo creció un 10% en 2006 alcanzando la cifra de millones de latas, repartidas casi equitativamente entre refrescos (48,8%), y cervezas y otras bebidas con algún contenido alcohólico (51,2%). España continúa siendo el segundo mercado de latas de bebidas y el primero en latas de refresco de Europa. Después de dos años de crecimientos débiles, 2006 ha visto un repunte importante en los mercados de España y Portugal, donde se ha alcanzado en conjunto la cifra de 7000 millones de latas vendidas, tanto de aluminio como de hojalata. 10

11 6. El reciclado de los envases de aluminio 11 Los factores ecológicos tienen importancia creciente a la hora de desarrollar productos y procesos de fabricación. Cada vez se impone más claramente tanto la necesidad de reciclar como la constatación de que la sociedad puede desarrollar la tecnología necesaria para reciclar y/o valorizar eficazmente una gran parte de sus residuos. El aluminio es un material de importancia creciente para envases y, en particular, para latas de bebidas, que pueden reciclarse indefinidamente y cuya valorización no presente dificultades en ninguna de sus aplicaciones. La industria del aluminio tiene en cuenta los aspectos ecológicos, que afectan tanto al tipo de materiales elegidos y al empleo de procesos de producción aceptables desde el punto de vista medioambiental, como al diseño de productos pensando en su recuperación y reciclado. Más de dos de cada tres latas de bebidas se reciclan en España, lo que las sitúa como los envases más reciclados en nuestro país. Con los últimos datos conocidos se ha obtenido una tasa de reciclado para las latas de bebidas del 67,6 %. En el caso de las latas de bebidas de aluminio, su recuperación alcanzó el 57% en el año España es el país de la Unión Europea en el que más ha aumentado la producción de aluminio a partir de productos recuperados en los últimos quince años. Actualmente se consumen unas toneladas de chatarra de aluminio, que representa del orden del 40% de la producción española de aluminio. Las ventajas del reciclado de las latas de bebidas son: - Al producir aluminio a partir de la chatarra (latas usadas) existe un ahorro del 95% de la energía si se compara con la producción a partir del mineral primario, la bauxita. - En el proceso de reciclado no cambian las características del material ya que se obtiene un producto con las mismas propiedades. - El aluminio puede reciclarse indefinidamente sin que disminuya la calidad del mismo. - El 100% del material puede ser reciclado. - En el proceso no se debe eliminar otro tipo de materiales, ya que tanto la tapa como el bote son de aluminio. En general, un producto es más fácil de reciclar si está compuesto por un único material. - El aluminio es un residuo de fácil manejo: ligero, no se rompe, no arde y no se oxida. - Las latas vacías se pueden aplastar fácilmente, ocupando muy poco volumen, por lo que son fáciles de transportar. - El reciclado es un proceso rentable porque el aluminio es un metal valioso: las latas de bebidas recogidas alcanzan un alto valor en el mercado siendo el material más valioso presente en los residuos urbanos. Por todas estas ventajas, cualquiera que sea la forma en que el aluminio esté presente en el envase, su valoración está asegurada. En este momento existen diversos métodos para reciclar latas de aluminio: - En algunos países, el reciclado viene impuesto por la legislación. - Organizaciones voluntarias que recuperan envases para destinar su valor a algún proyecto social o educativo. - Iniciativas de los municipios que ven así simplificada la labor de recogida. En estos casos, es el propio municipio quien pone a disposición de los ciudadanos contenedores especiales para latas o para envases en general (contenedor amarillo).

12 6. El reciclado de los envases de aluminio En nuestro país, el reciclado de las latas de bebidas de aluminio supone también otro importante beneficio medioambiental, ya que muchas latas utilizadas se desechan de forma incontrolada, es decir, acaban tiradas en carreteras, playas, bosques, etc. Debido a esta realidad, cualquier acción que promueva el reciclado de latas está ayudando también a luchar contra la suciedad ambiental y la concienciación ciudadana de no desprenderse de las basuras en la naturaleza. Otro aspecto importante en el reciclado de latas de aluminio es diferenciar éstas de las fabricadas con hojalata ya que existen marcas comerciales que utilizan latas de los dos materiales para una misma bebida. Las latas de aluminio son fáciles de distinguir siguiendo estas indicaciones: - Algunas latas llevan el anagrama de reciclado y las letras alu o AL o algún otro signo. - El fondo de los botes de aluminio es de color aluminio brillante y el de las latas de hojalata es de color gris, debido a la capa protectora de estaño que llevan estos últimos. - En caso de duda, se puede usar un imán (como el de las puertas de las neveras, por ejemplo). Si no se pega al envase, éste es de aluminio. - Las latas vacías de aluminio son muy blandas, por lo que se pueden aplastar fácilmente y ocupan poco espacio. En las plantas de tratamiento de basuras y de gestión de residuos de envases, las latas de aluminio pueden separarse con separadores magnéticos basados en el efecto de las corrientes inducidas (o de Foucoult). Mediante esta técnica, los residuos de aluminio salen proyectados de la cinta transportadora, los de hierro u hojalata quedan adheridos y los restantes materiales no son afectados. Esto permite que los residuos queden separados en tres fracciones que van a parar a contenedores distintos. 12

13 7. Mejoras medioambientales La primera lata de aluminio creada en 1972 pesaba 30 gramos vacía. Hoy en día su peso se ha reducido hasta un 30% gracias a los avances tecnológicos. Actualmente el peso de una lata de bebidas de aluminio es de 13,6 gramos, mientras que una de acero pesa el doble. Gracias a su reducción en el peso, el aluminio ha ido desplazando progresivamente muchos productos fabricados con acero, sobre todo en los sectores de la alimentación y los electrodomésticos. Este proceso de reducción, llamado peso ligero, responde, entre otros aspectos, a la competencia de los envases de plástico que, en ocasiones, se utilizan como sustitutos del aluminio. En estos momentos cuatro de cada cinco latas de refresco del mundo se fabrican enteramente de aluminio. Por esta razón, es importante conseguir un envase cada vez más ligero, sin que pierda por ello sus propiedades, para que el consumo de energía sea el mínimo posible. Gracias a los avances tecnológicos se ha reducido considerablemente el consumo de energía eléctrica para producir este material. La reducción del espesor del aluminio que se utiliza para fabricar una lata ha llegado a su mínimo diámetro y, en consecuencia, a su mínimo peso. Entre las innovaciones técnicas incorporadas en las últimas décadas destaca la reducción del diámetro del cuello de la lata y por tanto de la tapa que supuso la reducción de hasta un 30% del peso de la tapa. Además, la reducción del volumen y el peso hace que el producto sea más fácil de manejar, más liviano, ligero y fácil de transportar. Por ello consume menos energía en forma de gasolina o gasóleo, lo que a su vez también significa menos contaminación y emisiones de dióxido de carbono, como también reducción de los costes de operación en la fabricación. Los esfuerzos por conseguir un material más ligero y manejable con las mismas propiedades han dado como resultado un envase competitivo en el mercado y beneficioso para el consumidor. Los resultados de estos avances son: - Ahorro de energía en el proceso de fabricación superior al 40% - Reducción del espesor de la lata en un 10% - Reducción del peso de la lata en un 30% - Reducción del diámetro final del cuello del envase, que ahorra un 12% de materia prima. 13

14 7. Mejoras medioambientales EVOLUTIVO DE TASAS DE RECICLADO DE ALUMINIO Adheridas , , , , , , , ,00 Recicladas 1.542, , , , , , , ,59 Valorización total 6.211, , , , , , , , TONELADAS Tm adheridas , , , , , , , ,00 Tm recicladas 1.542, , , , , , , ,59 Tm valorización energética 4.669, , , , , , , ,33 Tm valorización total 6.211, , , , , , , ,92 % de reciclado 3,36 10,67 13,24 17,10 25,65 22,11 20,09 24,40 % de valorización energética 10,16 14,59 11,61 8,44 11,31 10,32 8,84 9,46 % valorización total 13,51 25,26 24,85 25,54 36,96 32,43 28,93 33,90 Recuperación de envases de aluminio en España 2007 Origen Toneladas Recuperadores tradicionales (Estudio ARPAL) Escorias de incineración (Estudio ARPAL) Plantas de selección (ECOEMBES) Plantas R.S.U. (ECOEMBES) Recogida complementaria (ECOEMBES) Total Recuperación

15 8. Asociacion para el Reciclado de Productos de Aluminio La Asociación para el Reciclado de Productos de Aluminio (Arpal) nació en abril de 1994 con el objetivo de promover el reciclado de botes de bebidas de aluminio y de otros productos del mismo material. Está constituida por las siguientes entidades: - ALCAN Aluminio España S.A. - Hydro Aluminium - Alibérico Packaging - ALCOA - Novelis Arpal promueve todo tipo de iniciativas de reciclado de latas de aluminio, asesorando sobre la puesta en marcha y gestión de los diferentes proyectos y aportando, de forma gratuita, contenedores para botes y material publicitario. También facilita contactos con las empresas que actúan como centros de reciclado para asegurar que los envases recogidos sean reciclados eficazmente. Todas las actividades de Arpal están encaminadas a mostrar las ventajas del reciclado de los envases de aluminio y a concienciar a la población sobre la necesidad de la recogida selectiva de los mismos para disminuir el volumen de residuos y ahorrar, tanto dinero como energía. 15