6 Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ - ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ Δρ. Σαββίδης Γ. Σεραφείμ Καθηγητής Τ. Ε. Ι Δυτικής Μακεδονίας

Εισαγωγή  Στην έντονη αντιπαράθεση σχετικά με τη θέση του μετάλλου αυτού μέσα στα πλαίσια μιας αειφόρου οικονομικής ανάπτυξης, οι αντίπαλοι του αλουμινίου το χαρακτηρίζουν περιβαλλοντικά ως « μία απ ’ τις πιο επιβλαβείς δραστηριότητες του ανθρώπου », ενώ οι υποστηρικτές του το ονομάζουν « πράσινο μέταλλο ».  Οι δύο παραπάνω αντίθετες απόψεις βασίζονται στο πραγματικό γεγονός ότι το αλουμίνιο απ ’ την παραγωγή ως την κατανάλωσή του, ακολουθεί δύο διαφορετικούς κύκλους. Τον κύκλο του πρωτογενούς και τον κύκλο του δευτερογενούς αλουμινίου.  Παρατηρώντας κανείς την παραγωγή του πρωτογενούς αλουμινίου απ ’ το ορυκτό βωξίτης, αντιλαμβάνεται τις αρνητικές επιπτώσεις αυτής της δραστηριότητας στο περιβάλλον, δηλαδή τις τεράστιες επιφανειακές εκμεταλλεύσεις, τις μεγάλες ποσότητες κοκκινοχώματος που προκύπτουν κατά τον εμπλουτισμό του μεταλλεύματος  Παρατηρώντας όμως κανείς τον κύκλο παραγωγής του δευτερογενούς αλουμινίου, δεν μπορεί παρά να διαπιστώσει με ικανοποίηση τα μεγάλα ποσοστά ανακύκλωσης του μετάλλου και την ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την επεξεργασία του αλουμινίου

Χρήσεις και σημασία του αλουμινίου Χρησιμο π οιείται κυρίως ως καθαρό αλουμίνιο ή σε μορφή δύο κραμάτων, το χυτό αλουμίνιο π ου π εριέχει π ροσμίξεις π υριτίου, χαλκού και μαγνησίου σε π οσοστό έως 12%, και το κράμα με π ροσμίξεις π υριτίου, μαγνησίου, μαγγανίου και σ π ανιότερα χαλκού και ψευδαργύρου σε συνολικό π οσοστό έως 2,5% Οι σημαντικότερες αγορές για τα π ροϊόντα αλουμινίου είναι οι συγκοινωνίες με 45% μερίδιο αγοράς, οι κατασκευές με 16% π ερί π ου και η συσκευασία με 10%. Ε π ι π λέον μεγάλο μερίδιο αγοράς καταγράφουν τα τελευταία χρόνια ο κλάδος της μηχανολογίας, της χαλυβουργικής και της ηλεκτροτεχνίας. Περισσότερο α π ό το 40% του αλουμινίου χρησιμο π οιείται στον κλάδο των μεταφορών και των συγκοινωνιών. Ο κλάδος των κατασκευών είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος καταναλωτής αλουμινίου μετά τις μεταφορές και τις συγκοινωνίες. Μεγάλες π οσότητες αλουμινίου χρησιμο π οιούνται ε π ίσης σε εξειδικευμένες κατασκευές, ό π ως π. χ. φύλλων, π ροφίλ, σωλήνων, συρμάτων καθώς ε π ίσης χυτών ή π ρεσαριστών αντικειμένων, με χρήση α π λών μηχανουργικών μέσων.

Πρωτογενές αλουμίνιο  Το πρωτογενές αλουμίνιο παράγεται σήμερα αποκλειστικά απ ’ το ορυκτό βωξίτης σε μία δαπανηρή διαδικασία που αποτελείται από δύο στάδια :  Η διαδικασία Bayer κατά την οποία παράγεται καθαρό Al203.  Την τήξη και ηλεκτρόλυση, όπου παράγεται μεταλλικό αλουμίνιο  Παρατηρούμε ότι στο αλουμίνιο γίνεται το ραφινάρισμα πριν την τήξη σε αντίθεση με το χαλκό και τα άλλα μέταλλα.  Αυτό συμβαίνει επειδή το αλουμίνιο είναι μη ευγενές μέταλλο και αντιδρά αμέσως με το οξυγόνο σχηματίζοντας χημικές ενώσεις.  Γι ’ αυτό δεν είναι εφικτός ο καθαρισμός των προσμίξεων απ ’ το τήγμα.

Μέθοδος Bayer Κατά τη μέθοδο Bayer ο βωξίτης διαλύεται με NaOH υ π ό π ίεση μέσα σε αυτόκαυστο. Κατό π ιν ακολουθεί ο διαχωρισμός της υγρής φάσης π ου π εριέχει το Al203 α π’ τη στερεά φάση με τα κόκκινα στείρα υλικά, τα ο π οία α π οτελούν τα α π όβλητα και α π οθέτονται. Με κάθε τόνο Al203 π αράγεται και ένας τόνος κόκκινων στείρων υλικών, τα ο π οία είναι αλκαλικά λόγω της π αρουσίας NaOH και α π οτελούν π εριβαλλοντική μόλυνση. Η υγρή φάση οδηγείται σε έναν αναδευτήρα ό π ου γίνεται η α π οκρυστάλλωση με ταυτόχρονη π ροσθήκη φύτρων α π οκρυστάλλωσης. Στο τελευταίο στάδιο αυτής της μεθόδου αφαιρείται το νερό α π’ το υδροξείδιο του αργιλίου και π αράγεται καθαρό Al203.

Στάδιο τήξης - ηλεκτρόλυσης Το Al203 π ου π αράχθηκε με τη μέθοδο Bayer οδηγείται για τήξη και ηλεκτρόλυση. Σε μια π υρίμαχη λεκάνη π ου έχει π υθμένα α π ό άνθρακα και λειτουργεί ως κάθοδος, το Al203 διαλύεται σε κρυόλιθο, ο ο π οίος λειτουργεί ως ηλεκτρολύτης. Στην κάθοδο ε π ικάθεται ρευστό αλουμίνιο. Είναι π ροφανές ότι κατά την π αραγωγή π ρωτογενούς αλουμινίου καταναλώνονται εκτός α π ό π ολύ ενέργεια και μεγάλες π οσότητες ορυκτών π ρώτων υλών.

Εμπλουτισμός ανακυκλωμένου αλουμινίου ( δευτερογενές αλουμίνιο ) Συντελείται συνοπτικά σε τέσσερα στάδια :  Συλλογή και μεταφορά  Εμπλουτισμός και παραγωγή ενός χυτεύσιμου προϊόντος  Χύτευση του εμπλουτισμένου υλικού  Επεξεργασία και εμπλουτισμός των υπολειμμάτων της χύτευσης

Εμπλουτισμός ανακυκλωμένου αλουμινίου (2)  Πηγές δευτερογενούς αλουμινίου αποτελούν τα παλιά αυτοκίνητα, τα απόβλητα δόμησης και ανακαινίσεων, τα υλικά συσκευασίας, τα απόβλητα κατασκευών ( ρετάλια ) και τα ηλεκτρονικά απόβλητα. Για την ανακύκλωση του αλουμινίου ισχύουν γενικές μέθοδοι, οι οποίες σε γενικές γραμμές δεν επηρεάζονται απ ’ την προέλευση των υλικών.  Βεβαίως αυτές οι γενικές μέθοδοι προσαρμόζονται κάθε φορά στις πολύ ιδιαίτερες ιδιότητες των επιμέρους υλικών.  Η ανακύκλωση του αλουμινίου περιλαμβάνει τους δύο βασικούς κύκλους με τις διεργασίες.  Στην απλούστερη των περιπτώσεων, η παραγωγή περιορίζεται στην συλλογή της δευτερογενούς πρώτης ύλης, η οποία τήκεται και σχηματίζονται τα κράματα.  Ωστόσο αυτό ισχύει μόνο για ομαδοποιημένα ρετάλια και πολύ καθαρά απόβλητα. Οι μεγαλύτερες όμως ποσότητες του δευτερογενούς αλουμινίου πρέπει να εμπλουτιστούν πριν τη διαδικασία της τήξης.  Ανάλογα με την χρήση τους προκύπτουν δευτερογενείς πρώτες ύλες σε ποικίλες μορφές. Χαρακτηριστικές είναι οι διαφορές στη σύσταση, στο σχήμα, στο είδος και στην ποσότητα των ξένων προσμίξεων.  Οι ξένες κατά κανόνα ανεπιθύμητες προσμίξεις, μπορεί να είναι μεταλλικού χαρακτήρα ή όπως συμβαίνει πολύ συχνότερα να αποτελούνται από μη μεταλλικά υλικά, όπως λάδια, λίπη, χρώματα, πλαστικά, χαρτί κτλ

Οι μέθοδοι εμπλουτισμού  Κατάτμηση ( θραύση, τεμαχισμός, σφυρόμυλος, schredder, μύλοι, περιστροφικός κυλινδρικός τεμαχιστής ).  Ταξινόμηση ( κοσκίνισμα, αεροταξινόμηση )  Μαγνητικός διαχωρισμός, ηλεκτροστατικός διαχωρισμός, επαγωγικός μαγνητικός διαχωρισμός  Βαρυτομετρικός διαχωρισμός ( βαρέα διάμεσα )  Οπτικός διαχωρισμός ( συνδυασμός εικόνας, Laser και χημικής ανάλυσης )  Συμπύκνωση

Σχηματική παράσταση της ανακύκλωσης του αλουμινίου

Περιστροφικός κυλινδρικός τεμαχιστής ενός κυλίνδρου

Ανακύκλωση αλουμινίου παλιών αυτοκινήτων (1) Α π’ τον Α π ρίλιο του 1998 ισχύει στην Ευρω π αϊκή Ένωση ο κανονισμός ανακύκλωσης των π αλιών αυτοκινήτων. Η διαδικασία της α π όσυρσης - ανακύκλωσης ενός αυτοκινήτου συντελείται κατά κανόνα ως εξής : Για να διαγραφεί ένα αυτοκίνητο α π’ τα μητρώα με στόχο την ανακύκλωσή του π ρέ π ει ο τελευταίος ιδιοκτήτης να διαθέτει και να π αρουσιάσει στη μηχανολογική υ π ηρεσία μια βεβαίωση α π ορρύ π ανσης του οχήματος. Αυτή η βεβαίωση εκδίδεται α π ό π ιστο π οιημένη υ π ηρεσία, η ο π οία α π λά π αραλαμβάνει το αυτοκίνητο, χωρίς να έχει δικαίωμα ανακύκλωσής του. Για ανακύκλωση το όχημα π αραδίδεται σε μια ε π ίσης π ιστο π οιημένη, σύμφωνα με τον κανονισμό ανακύκλωσης π αλιών αυτοκινήτων, εταιρία.

Ανακύκλωση αλουμινίου παλιών αυτοκινήτων (2)  Η εταιρία ανακύκλωσης « στεγνώνει » αρχικά το αυτοκίνητο, δηλαδή αφαιρεί όλα τα λειτουργικά υγρά Κατόπιν ξεμοντάρει τα ανταλλακτικά που θα μπορούσαν ακόμη να χρησιμοποιηθούν.  Μετά την ξήρανση του αυτοκινήτου και την αποσυναρμολόγηση των χρήσιμων ανταλλακτικών, το κουφάρι του αυτοκινήτου μεταφέρεται στον schredder, έναν ειδικά τροποποιημένο σφυρόμυλο, ο οποίος αποτελεί σήμερα τη βασική μηχανή ανάκτησης μετάλλων από παλιά αυτοκίνητα.  Μερικές φορές αφαιρούνται ο κινητήρας, το κιβώτιο ταχυτήτων και οι τροχοί αν είναι από ελαφρύ κράμα αλουμινίου, με σκοπό να πουληθούν ακριβότερα στην εγκατάσταση schredder. Εδώ το αυτοκίνητο τεμαχίζεται αρχικά σε τεμαχίδια διαστάσεων περίπου εκατοστών.  Μετά τον τεμαχισμό ακολουθεί ένα στάδιο αεροδιαχωρισμού, κατά το οποίο ξεχωρίζουν τα μεταλλικά κλάσματα απ ’ τα ελαφρύτερα υλικά.  Μετά τον αεροδιαχωρισμό ακολουθεί ο μαγνητικός διαχωρισμός, κατά τον οποίο γίνεται η ανάκτηση του κύριου προϊόντος της εγκατάστασης του schredder και συγκεκριμένα των σιδηρούχων μετάλλων και του χάλυβα που περιέχεται σ ’ ένα αυτοκίνητο. Αυτό το κλάσμα αποτελεί το 72% περίπου του αυτοκινήτου.  Μετά το μαγνητικό διαχωρισμό στο εναπομείναν ρεύμα των υλικών υπάρχουν τα μη μαγνητικά, μη αεροδιαχωριζόμενα υλικά, στα οποία περιλαμβάνονται διάφορα μέταλλα, όπως ο χαλκός, το αλουμίνιο, ο ψευδάργυρος και το μαγνήσιο και αποτελούν το 6% περίπου του συνολικού αυτοκινήτου.  Για να διαχωριστεί το αλουμίνιο τα υλικά υφίστανται περαιτέρω εμπλουτισμό σε ένα βαρυτομετρικό διαχωριστή βαρέων διαμέσων. Αφού το ρεύμα των υλικών περάσει από ένα μαγνητικό διαχωριστή έλξης, κοσκινίζεται σε ένα κυλινδρικό κόσκινο σε τρεις κοκκομετρίες : 15, 50 και 100 mm.

Αρχή λειτουργίας της μηχανής schredder

Αρχή λειτουργίας του επαγωγικού μαγνητικού διαχωριστή

Διάγραμμα ροής μεθόδου ανακύκλωσης αλουμινίου από οχήματα

Ανακύκλωση αλουμινίου με αυτοματοποιημένο σύστημα ανίχνευσης Στην παραπάνω μέθοδος δεν μπορεί να ξεχωρίσει τα διάφορα κράματα του αλουμινίου μεταξύ τους. Λύση σ ’ αυτό το πρόβλημα δίνει η εναλλακτική πρόταση :  Μέθοδος της αυτοματοποιημένης ανίχνευσης αποτελείται από 3 στάδια : Το στάδιο της μεμονωμένης τροφοδοσίας αποδεσμευμένων μεταξύ τους τεμαχίων Το στάδιο της αναγνώρισης των υλικών με ένα σύνθετο σύστημα αποτελούμενο από μηχανή έγχρωμης λήψης εικόνας, σύστημα καθορισμού σχήματος με ακτίνες laser και σύστημα χημικής ανάλυσης των υλικών επίσης με ακτίνες laser. Το στάδιο του διαχωρισμού του ζητούμενου υλικού απ ’ το ρεύμα των υπολοίπων κλασμάτων.

Ανακύκλωση αλουμινίου με αυτοματοποιημένο σύστημα ανίχνευσης Το στάδιο της μεμονωμένης τροφοδοσίας α π οδεσμευμένων μεταξύ τους τεμαχίων Το στάδιο της αναγνώρισης των υλικών με ένα σύνθετο σύστημα α π οτελούμενο α π ό μηχανή έγχρωμης λήψης εικόνας, σύστημα καθορισμού σχήματος με ακτίνες laser και σύστημα χημικής ανάλυσης των υλικών ε π ίσης με ακτίνες laser. Το στάδιο του διαχωρισμού του ζητούμενου υλικού α π’ το ρεύμα των υ π ολοί π ων κλασμάτων. Στο στάδιο αυτό χρησιμο π οιείται συνήθως π ε π ιεσμένος αέρας, ο ο π οίος εξερχόμενος με π ίεση α π ό ταχύρρυθμες βαλβίδες, εκτρέ π ει α π’ την π ορεία τους τα « σεσημασμένα » α π’ το σύστημα αναγνώρισης τεμάχια και τα α π ομονώνει μ ’ αυτόν τον τρό π ο α π’ τα υ π όλοι π α υλικά.

Αρχή λειτουργίας αυτοματοποιημένου συστήματος ανίχνευσης και διαχωρισμού 10 Μεμονωμένα τεμάχια στην ταινία 2 Πομπός - Δέκτης 3 Υπολογιστής 4 Ακροφύσιο αέρος 5 Μαγνητική βαλβίδα αέρος 6 Λαμαρίνα διαχωρισμού

Διάγραμμα ροής αυτοματοποιημένης αναγνώρισης και διαχωρισμού αλουμινίου από παλιά αυτοκίνητα Η ιδέα αυτής της μεθόδου δεν είναι νέα, αλλά μέχρι σήμερα δεν είχε ικανοποιητικά αποτελέσματα. Χρειάζεται ένας αποδοτικός φασματογράφος με ένα σύστημα αναγνώρισης εικόνας σε πραγματικό χρόνο και ένα σύστημα δέσμης laser, που θα μετράει, θα ταυτοποιεί και θα δίνει εντολή στο σύστημα εκτροπής, να ξεχωρίζει το αλουμίνιο. Το σύστημα αυτό κατασκευάστηκε με τη συνεργασία των ιδρυμάτων εκπαίδευσης και της βιομηχανίας και χρησιμοποιείται με άριστα αποτελέσματα.

Ανακύκλωση αλουμινίου υλικών συσκευασίας  Βάσει της ευρωπαϊκής νομοθεσίας πρέπει το 80% του χρησιμοποιούμενου αλουμινίου να ανακυκλώνεται.  Επίσης κάθε πωλητής προϊόντων που είναι συσκευασμένα με αλουμίνιο, είναι υποχρεωμένος να δέχεται απ ’ τους τελικούς καταναλωτές, το υλικό συσκευασίας των προϊόντων που διέθεσε.  Απαλλάσσεται απ ’ αυτήν την υποχρέωση μόνο αν συμμετέχει σε ένα εθνικό δίκτυο ή οργανισμό ανακύκλωσης, το οποίο φροντίζει για την τελική αποκομιδή των αλουμινούχων υλικών συσκευασίας στη πηγή, δηλαδή στις κατοικίες, τις βιοτεχνίες κτλ.  Η ανακύκλωση του αλουμινίου από υλικά συσκευασίας αποτελεί ένα πολύπλοκο πεδίο της εν γένει ανακύκλωσης του αλουμινίου. Οι συσκευασίες από αλουμίνιο στα πλαίσια της ανακύκλωσής τους, χωρίζονται σε διαφορετικές κατηγορίες, από άποψη συλλογής και επεξεργασίας τους.  Κατά κανόνα υπάρχουν δύο διαφορετικά συστήματα συλλογής υλικών συσκευασίας από αλουμίνιο.  Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν τα αμιγή υλικά συσκευασίας από καθαρό αλουμίνιο.

Διάγραμμα ροής ανακύκλωσης αλουμινίου από υλικά συσκευασίας