Nueva tecnología para la separación pura de aleaciones de aluminio

STEINERT presentó un sistema de separación para la separación de aleaciones de aluminio en la Feria Aluminium de Dusseldorf (29/11/-1/12/2016, pabellón 11, estand H61)

(Comunicado de prensa PDF)

En cuanto nos ponemos en movimiento, aparece el aluminio. En gran parte debido a que cada vez se fabrican más carrocerías de aluminio. La Pickup Ford F-150 o el Jaguar XE son solo dos ejemplos prestigiosos de esta tendencia hacia un automóvil que incorpora el aluminio de forma masiva. Resulta lógico, pues, que este desarrollo provoque que aumente la necesidad de aluminio de alta calidad. Simultáneamente, en el proceso de troquelado, que forma parte del día a día de la producción a escala industrial, hasta un 50 % del producto que se genera son residuos de producción. Estos no se pudieron reciclar durante largo tiempo por la falta de una opción de separación. Eso ha cambiado ahora: el sistema de separación por láser STEINERT LSS permite una separación pura de aleaciones.

Durante el troquelado de chapas de carrocería se origina hasta un 50 % de chatarra de fabricación que constituye un valioso recurso. Por motivos económicos y ecológicos debería mantenerse a ser posible en el ciclo de producción. Pero para eso se necesita preseparar la chatarra eliminando las aleaciones para poder utilizar los flujos de materiales resultantes después de la refusión sin efectuar una degradación ni agregar aleaciones.

«El estado actual de la técnica hasta el momento consiste en la separación mecánica que se realiza en seco de aleaciones de aluminio 2xxx y 7xxx con un elevado contenido de cobre y zinc mediante una STEINERT XSS T (transmisión de rayos X)», comenta el Dr. Uwe Habich, CEOTécnico de Steinert. «La separación pura de chatarra de aluminio en los grupos de aleaciones 1xxx a 7xxx no se podía poner en práctica hasta ahora en un estándar tecnológico. No existía ninguna técnica que operara en línea y se aplicara a nivel industrial. Nuestro STEINERT LSS (sistema de separación por láser) con lo último en tecnología LIBS lo ha conseguido completando así el proceso de separación».

Karl Hoffmann, Business Development Manager de STEINERT, resume lo que motivó este desarrollo: «Con un uso cada vez mayor de productos laminados de aluminio en la industria del automóvil (grupos de aleaciones 5xxx y 6xxx) se originan en poco tiempo cantidades considerables de chatarra nueva que deben separarse o clasificarse según sus grupos de aleaciones. Simultáneamente se genera una elevada demanda de aluminio reciclado. Como especialista en separación que somos, hemos dado una respuesta al emplear el sistema STEINERT LSS que opera en línea con lo último en tecnología LIBS. Nuestra labor va dirigida a los centros de procesamiento de chatarra nueva o residuos de producción procedentes de plantas de troquelado de aluminio; es decir, a las empresas que tienen que separar las aleaciones 5xxx y 6xxx para poder utilizar el aluminio reciclado en el mismo nivel de creación de valor añadido».

La tarea de separación en residuos de troquelado de aleaciones de 5xxx y 6xxx consiste inicialmente en aislar la mezcla triturada de material de tal forma que se pueda tratar con un separador por sensores. «Para lograrlo, hemos creado un diseño a base de diferentes vibradores con la cinta transportadora, lo que garantiza que el material siempre avance a lo largo del láser de tal forma que los pulsos de luz láser impacten sobre la superficie del material. Al hacerlo, las diminutas partículas de material se evaporan. La luz visible resultante se absorbe y se analiza simultáneamente, y así se detecta la aleación y cada uno de sus componentes, determinándose también la cuota porcentual de la aleación», explica Habich.

El proceso de separación se efectúa con elevadas velocidades de transporte de entre 2 y 3 m/s. Por defecto, los métodos de calibrado almacenados en el aparato de medición analizan las concentraciones para los elementos de aleación Cu, Fe, Mg, Mn, Si, Zn y Cr.

Lo que se descarta es la aleación o fracción de aluminio que se identifica por láser, por ejemplo una aleación 6xxx, mientras que el material restante se sigue transportando en la cinta. «Los ensayos en nuestro propio laboratorio han logrado un índice de éxito en el descarte de un 90 % con una pureza de un 99 %», revela Habich. En los ensayos se utilizaron aleaciones 5xxx y 6xxx sin separar, facilitadas por una planta de laminación que recoge la mezcla de material de una fábrica de automóviles y que normalmente pasaría directamente a la fusión.

Salvo que la instalación opere en el límite de sus capacidades, una segunda pasada por el separador podría centrarse en todo el material que no se hubiera identificado y descartarlo, de tal forma que, seguidamente, se obtuvieran dos fracciones puras de aluminio y una fracción resto. «De no ser así, las cantidades restantes después de la primera pasada no se consideran residuos, sino que se pueden vender al precio normal de la chatarra, pero sin revalorización», asegura Habich.

Se podría decir que los residuos de aleaciones en las plantas de troquelado se separan directamente, siguiendo el lema: «Las de 5000 al contenedor azul y las de 6000 al rojo». No obstante, no debe perderse de vista que en las plantas de estampado se usan muchas prensas que se emplean para diferentes productos y aleaciones de forma flexible. Las cantidades de chatarra resultantes de las diversas aleaciones apenas se pueden evacuar por separado a nivel logístico. Comúnmente, detrás de las prensas se sitúan cintas de descarga para chatarra que se guían hasta una gran cinta recolectora, donde, al final, la chatarra termina mezclándose.

Amortización de la planta en menos de un año

Con su nueva tecnología de separación, STEINERT se dirige ante todo a los recicladores de chatarra nueva o residuos de producción. Como norma general, estas empresas están interesadas en el tratamiento de tipos específicos de aleaciones porque el material puro se puede vender con una revalorización. En este momento el especialista en separación está negociando con una empresa de reciclaje de metales que recoge residuos de producción, una instalación piloto para capacidades relevantes para la producción.

Para las empresas de reciclaje de metales este proceso de separación por espectroscopia-láser debería rentabilizarse con relativa rapidez. Según los datos de las empresas de reciclaje de metales se pueden alcanzar beneficios superiores a 300 y 400 euros por tonelada al suministrar la fracción de aluminio libre de aleaciones. Usando instalaciones por sensores los costes de separación se sitúan en 20 a 30 euros por tonelada.

La instalación ofertada por STEINERT presenta un rendimiento de varias toneladas por hora. «Pero incluso con un rendimiento de una tonelada por hora, con 300 euros de beneficio adicional y un funcionamiento de 8000 horas al año se pueden obtener hasta 2,4 millones de euros de beneficio adicional», calcula Habich. En este ejemplo de cálculo, la instalación propiamente dicha ya se habría amortizado en el plazo aproximado de medio año. Aún si se calcula de forma algo más moderada, con una revalorización menor, la instalación estaría amortizada en el plazo de un año.

Por ahora, la nueva tecnología de separación de Steinert va dirigida sobre todo a la chatarra nueva. Con el aumento de las cantidades de retorno de aleaciones de forja procedente del reciclaje de Vehículos Fuera de Uso, esta técnica también podría ser cada vez más interesante para chatarra vieja. Y es que, en la actualidad, ya se producen cantidades relevantes de aleaciones de forja de aluminio por parte de los grandes recicladores de VFU para quienes la adquisición de un separador con tecnología LIBS merecería la pena.

¿Qué es LIBS?

Espectroscopia de plasma inducido por láser LIBS (Laser induced breakdown spectroscopy) se entiende el proceso de medición con el cual se identifica el material a separar. En este tipo de espectroscopia-láser se emite una radiación de pulsos de luz láser de alta energía sobre la muestra que debe analizarse. Al hacerlo, las diminutas partículas de material se evaporan en la superficie y se genera un plasma, en el cual los átomos, iones y moléculas se hallan en un estado excitado y emiten luz. Estas emisiones se recopilan a través de los componentes ópticos y se introducen en un espectrómetro. Aquí surge un espectro independiente de la longitud de onda con líneas atómicas significativas de los elementos del material de muestra.

Una gran ventaja de la tecnología LIBS consiste en que las intensidades espectrales de las líneas atómicas se comportan de forma directamente proporcional a las concentraciones de elementos de la muestra. De esta forma, el proceso de medición LIBS se puede utilizar para el análisis cuantitativo de elementos.

LIBS es un proceso de análisis de multielementos: se pueden determinar las concentraciones de todos los elementos existentes en una muestra de cada espectro individual medido. Además, los tiempos cortos de medición y análisis constituyen un requisito para el uso de la técnica en condiciones industriales de proceso y con un elevado caudal.

LIBS ya se emplea como un rápido método de análisis para aleaciones de aluminio en dispositivos portátiles y se considera un método fiable que se ha ganado la confianza tanto de chatarreros como de centros de tratamiento. Los componentes esenciales de los analizadores LIBS han experimentado una clara evolución en los últimos diez años: son más robustos y compactos y también más asequibles.

El funcionamiento de LIBS

Teniendo en cuenta la caracterización de la composición química en el ámbito del reciclaje de metales, se emplean robustos medidores láser que operan con una frecuencia de pulso de entre 20 y 100 kHz con una potencia constante del láser. Al lograr tiempos de medición muy cortos, se pueden medir, analizar y seguidamente separar incluso objetos minúsculos a velocidades de la cinta de hasta 3 m/s sin contacto. Para no depender de las formas y alturas variables de los objetos a medir y mantener la misma precisión elevada del análisis, se efectúa un ajuste automático de la profundidad óptima del campo antes de cada medición individual (enfoque automático).

Opcionalmente se puede utilizar la función de la preablación (depuración previa del tramo de medición) usando un segundo láser. En esta configuración el láser de preablación remueve el material de la superficie en un tramo. A continuación el analizador láser impacta exactamente en ese tramo. Con este proceso se remueven muchas capas antes de la medición, por ejemplo, revestimientos de color o anodizados. De esta forma, el empleo de un láser de preablación provoca un aumento de la precisión en el análisis.

Por defecto, los métodos de calibrado almacenados en el aparato de medición analizan las concentraciones para los elementos de aleación Cu, Fe, Mg, Mn, Si, Zn y Cr. Las concentraciones disponibles se han adaptado a los requisitos establecidos en EN 573. A petición del cliente, se pueden incorporar elementos adicionales al análisis. Basándose en los resultados de los análisis de elementos, posteriormente se le asigna al objeto una clase de cliente (en este caso, especialmente a un grupo de aluminio).

Conclusión

Con el separador STEINERT LSS se dispone de una tecnología que contribuye a seguir cerrando el ciclo de materias primas y mantener productos metálicos de alta calidad sin degradación en el ciclo de producción. Se trata de un sistema de separación completamente automatizado para chatarra, en particular para residuos de troquelado triturados procedentes de la industria del aluminio. Efectúa la separación pura de aleaciones de aluminio de la serie 5xxx y 6xxx y resulta ideal para residuos de troquelado oblongos con un ancho de entre 20 y 60 mm y una longitud de entre 60 y 150 mm.

El sistema de separación se compone de un sensor LIBS, de un mecanismo de aislamiento especial, de módulos de descarga para la separación neumática y un sistema de transporte desarrollado para esta aplicación con una detección volumétrica del objeto.

El Centro de pruebas Steinert de Colonia ofrece ensayos con la tecnología LIBS. Remita sus consultas a Karl Hoffmann, Business Development Manager de STEINERT (karl.hoffmann(at)steinert.de).

En una ponencia en el Foro del Aluminio 2016, el jueves 1/12/16 a las 12 horas, Steinert presenta el sistema de separación LSS. El Foro ALUMINIUM se ubica en el pabellón 11, estand 11J75. Steinert expone en ALUMINIUM 2016 y está representado en: pabellón 11, estand 11H61