Come fondere lattine di alluminio per riciclare il metallo

Dopo il ferro ei diversi acciai, l’alluminio è uno dei metalli più importanti per la specie umana. È l’elemento 13 della tavola periodica e corrisponde a uno dei pochi metalli nel blocco p. Oltre ad essere un metallo molto leggero, l’alluminio è estremamente malleabile, tanto da poter essere lavorato in fogli molto sottili, più sottili anche di un foglio di carta.

D’altra parte, molte leghe di alluminio possono anche essere temprate per ottenere una struttura molto robusta, che ne consente l’utilizzo come materiale da costruzione strutturale a basso peso. Infine, a differenza del ferro e di altri metalli, l’alluminio è notevolmente resistente all’ossidazione, il che gli consente di essere utilizzato in una varietà di applicazioni, compreso il suo uso diffuso come contenitore per alimenti e bevande.

Infine, oltre alla sua abbondanza, l’alluminio è un metallo che può essere facilmente riciclato, principalmente fondendo e solidificando parti in alluminio, come lattine per bibite o liquori. Infatti, questo processo può essere effettuato a casa in modo semplice con l’utilizzo di un cannello e, se ne avete uno, con un forno apposito. Ciò è dovuto alle proprietà termiche di questo materiale onnipresente nella nostra società.

Proprietà termiche dell’alluminio

Le proprietà termiche dell’alluminio rilevanti per il suo riciclaggio attraverso la fusione e la solidificazione sono il punto di fusione, il calore di fusione e la capacità termica .

Punto di fusione: 660,323 °C

Rispetto a ferro, titanio e molti altri metalli di transizione, il punto di fusione dell’alluminio è notevolmente basso. Ad esempio, il punto di fusione del ferro è 1.538°C, e quello del titanio è 1.670°C, mentre molti altri metalli fondono a temperature vicine ai 2.000°C o superiori.

Ciò rende relativamente facile fondere l’alluminio, poiché non richiede l’uso di attrezzature speciali o eccessivamente complesse e l’alluminio liquido può essere contenuto in recipienti di ferro o acciaio.

Mentre un forno da cucina domestico non funzionerà per fondere l’alluminio (la temperatura massima di un forno domestico raramente supera i 300°C), un forno elettrico per ceramica andrebbe benissimo. Questi raggiungono temperature che vanno da 650 °C a 1.350 °C. Invece un forno fatto in casa fatto di blocchi refrattari o di cemento o calcestruzzo colato in uno stampo e riscaldato con bruciatori a gas butano o propano, o anche con carbone, può raggiungere la giusta temperatura e non solo.

Infine, possiamo facilmente fondere l’alluminio riscaldandolo direttamente con la fiamma di un cannello a butano (1.430 °C) o propano (1.995 °C), quindi non è nemmeno necessario utilizzare una fiamma di acetilene in quanto è necessario fondere il ferro utilizzando una torcia.

Capacità termica (900 J/kg.°C)

La capacità termica determina la quantità di calore che deve essere fornita a un sistema per aumentarne la temperatura. Nel caso dell’alluminio, la capacità termica è relativamente elevata. Ad esempio, è quasi il doppio di quello del ferro a 20 °C. Ciò significa che ci vorrebbe il doppio del calore per riscaldare la stessa massa di alluminio del ferro alle stesse temperature iniziale e finale.

Tuttavia, poiché il punto di fusione dell’alluminio è molto basso, non importa che la sua capacità termica sia superiore a quella di molti altri metalli. Questo perché abbiamo solo bisogno di riscaldare fino a 660°C invece che fino a 1.500 o 2.000°C.

Calore di fusione: 322 – 394 kJ/kg

Un’altra importante proprietà fisica da considerare quando si ricicla l’alluminio è il suo calore di fusione. Questo rappresenta la quantità di energia sotto forma di calore necessaria per fondere una data quantità di sostanza al suo normale punto di fusione.

Sciogliere o sciogliere una sostanza non significa solo riscaldarla fino al suo punto di fusione. Una volta raggiunta questa temperatura, è necessaria una quantità aggiuntiva di calore per eseguire il processo di fusione stesso. Questo calore è chiamato calore latente, poiché non provoca un aumento della temperatura, ma viene speso per rompere le forze che legano le particelle della sostanza. Per questo motivo, questa è una parte importante dell’analisi energetica del processo di riciclaggio.

Il calore di fusione dell’alluminio, che è compreso tra 322 e 394 kJ/kg, è maggiore di quello di altri metalli importanti come il ferro, che è di 293 kJ/kg. Ciò significa che è più facile fondere il ferro, una volta raggiunta la sua temperatura di fusione, che fondere la stessa quantità di alluminio. Tuttavia, poiché il ferro è quasi tre volte più denso dell’alluminio, otteniamo un volume molto maggiore di alluminio fuso con la stessa quantità di calore del ferro se consumiamo la stessa quantità di calore.

Inoltre, ancora una volta poiché il ferro ha un punto di fusione molto più alto, allo stesso modo viene spesa più energia per fondere il ferro rispetto all’alluminio.

Riciclaggio dell’alluminio contro produzione di alluminio

Va notato che, date le proprietà termiche dell’alluminio, la quantità totale di energia che deve essere investita per riciclarlo è molto inferiore alla quantità necessaria per produrlo dai diversi minerali o minerali di alluminio. Tra il processo di estrazione del minerale, la sua frantumazione, dissoluzione e successiva riduzione elettrolitica, si consuma quasi 20 volte più energia producendo alluminio che riciclandolo.

Come fondere l’alluminio a casa

Come possiamo vedere dalle informazioni fornite sopra, non è difficile fondere l’alluminio in casa. Basta un forno in grado di raggiungere una temperatura di almeno 660°C (anche se bisogna proprio essere più alti) o, in alternativa, una torcia a butano o propano.

Le torce utilizzate in cucina per il flambé andrebbero bene, anche se è necessaria una che possa essere mantenuta accesa a lungo.

AVVERTIMENTO!

Va da sé che lavorare con un forno da fonderia, o suo equivalente, e con metalli fusi è estremamente pericoloso , e può provocare ustioni molto gravi . D’altra parte, versare alluminio fuso su diverse superfici può danneggiarle.

Inoltre, lavorare con gas infiammabili compressi come butano o propano vicino a un forno fusorio comporta anche un notevole rischio di esplosione se non si presta attenzione. Per tutti questi motivi, la colata di lattine di alluminio per il riciclaggio dovrebbe essere effettuata solo da un adulto responsabile con esperienza nell’esecuzione di questo tipo di processo. Un ragazzo o una ragazza non dovrebbero mai farlo, tanto meno senza la compagnia di un adulto.

Si raccomanda infatti di evitare la presenza di bambini ogni volta che si lavora con questi materiali che saranno a temperature estreme.

Per il resto, gli adulti devono, allo stesso modo, osservare alcune basilari regole di sicurezza per evitare incidenti e minimizzarne gli effetti, qualora si verificassero:

• Non lavorare mai senza i dispositivi di protezione adeguati (vedere la sezione sui dispositivi di sicurezza di seguito).
• Lavora lentamente e con attenzione. Della fretta resta solo la fatica, come si suol dire, e fare le cose di fretta non fa che aumentare il rischio di avere un incidente.
• Lavorare in un luogo ben ventilato, preferibilmente aperto.
• Se si lavora con un forno a gas, una torcia o un bruciatore, assicurarsi di proteggere i tubi flessibili o i tubi del gas dal calore del forno o della fiamma e posizionare la bombola del gas il più lontano possibile dal fuoco o dal calore.
• Maneggiare il crogiolo con l’alluminio fuso con molta attenzione e senza fretta.

materiali e strumenti

Oltre alle lattine di alluminio che utilizzeremo come materiale di partenza, gli strumenti essenziali di cui avremo bisogno per riciclare l’alluminio mediante fusione sono:

• Un forno di argilla, un forno elettrico per ceramica o una torcia a propano o butano per riscaldare o fondere i campioni di alluminio. Possiamo anche realizzare la nostra fornace per fonderia utilizzando una miscela di gesso, cemento grigio e sabbia e due pentole di diverse dimensioni per creare uno stampo e riempire lo spazio tra i due con la miscela di cemento. Quindi, praticando un foro vicino al fondo per iniettare aria, possiamo riempire la fornace di carbone ardente e usarlo come fonte di calore per fondere l’alluminio.
• Un crogiolo con coperchio o contenitore per riscaldare e fondere l’alluminio. In linea di principio, questo può essere realizzato con qualsiasi materiale che abbia un punto di fusione notevolmente più alto dell’alluminio. Un crogiolo di ferro o acciaio funziona, ma si potrebbe usare anche uno di terracotta, ceramica, porcellana o altro materiale refrattario simile.
• Lunghe pinze metalliche per manipolare il crogiolo caldo con l’alluminio fuso.
• Stampi di colata dove versare l’alluminio fuso per farlo solidificare. Questi possono anche essere fatti di qualsiasi materiale ceramico o metallico resistente. Un’opzione è quella di utilizzare una scatola di legno riempita con sabbia silicea o sabbia da fonderia. Questo ci permetterà di stampare la forma desiderata sullo stampo premendo un altro oggetto sulla sua superficie e ottenere così una copia dell’oggetto in alluminio.

Equipaggiamento di sicurezza

Il riciclaggio dell’alluminio richiede l’uso di temperature elevate e la manipolazione di metallo fuso molto caldo. Questo tipo di lavoro richiede l’adozione di misure di sicurezza per proteggere la nostra pelle da ustioni e altri incidenti. Per questo abbiamo bisogno dei seguenti dispositivi di sicurezza:

• Guanti termici per proteggerci dal caldo. I guanti da cucina non sono sufficienti. È preferibile usare guanti di pelle come quelli usati dai fabbri.
• Occhiali di sicurezza per proteggere gli occhi da eventuali incidenti.
• Vestiti lunghi che coprano bene braccia e gambe.
• Scarpe chiuse , preferibilmente in pelle.
• Un estintore non è mai superfluo quando lavoriamo con il fuoco e le alte temperature.

Procedura per riciclare l’alluminio in casa

Passo 1

Preriscalda il forno ad almeno 670°C per assicurarti che la temperatura sia abbastanza alta da sciogliere l’alluminio. Se hai intenzione di lavorare con una torcia, è anche una buona idea preriscaldare il crogiolo con la torcia per una fusione più rapida.

Passo 2

Se il crogiolo è piccolo, durante la fase di riscaldamento del forno, si consiglia di frantumare o tagliare in piccoli pezzi le lattine di alluminio con l’ausilio di forbici metalliche o pinze d’acciaio. Dovresti anche preparare gli stampi dove svuoterai l’alluminio fuso appena riciclato in un posto vicino al forno. Se il crogiolo è abbastanza grande da contenere diversi barattoli schiacciati, questo potrebbe non essere necessario.

Suggerimento professionale: le lattine per bevande in alluminio sono generalmente realizzate con almeno due diverse leghe di alluminio. Il cappuccio è solitamente realizzato in una lega mentre il corpo è in un’altra. È una buona idea separare queste parti della lattina e riciclarle separatamente per ottenere due diversi tipi di alluminio con proprietà fisiche differenti.

Passaggio 3

Metti tutto l’alluminio nella pentola o nel crogiolo d’acciaio e, con l’aiuto di una pinza metallica, introducili nel forno. Se stai lavorando con una torcia, puoi posizionare il crogiolo o il contenitore in acciaio con l’alluminio su un bruciatore caldo per riscaldarlo mentre riscaldi direttamente l’alluminio con la torcia.

Passaggio 4

Aspetta qualche minuto mentre il forno si riscalda di nuovo (si raffredda un po’ quando lo apri per inserire il crogiolo) e per dare all’alluminio il tempo di scaldarsi e sciogliersi. Dovresti controllare che tutto l’alluminio sia fuso usando un tipo di lunga asta di metallo come agitatore.

passaggio 5

Una volta che l’intero campione è fuso, lasciare riscaldare ancora per qualche minuto per alzare la temperatura al di sopra del punto di fusione. Questo viene fatto per evitare che l’alluminio si solidifichi prima di essere trasferito negli stampi. È importante rimuovere la scoria solida che si forma sulla superficie dell’alluminio fuso. Questo contiene le impurità e il carbonio del rivestimento plastico della lattina e delle etichette stampate.

passaggio 6

Con cautela e usando le pinze di metallo, versa l’alluminio fuso negli stampi e lascia riposare fino a quando non si solidifica.

passo 7

Una volta che l’alluminio è completamente solido, può essere rapidamente raffreddato immergendo lo stampo in acqua fredda.

passo 8

Una volta freddo al tatto, è il momento di sformare il blocco di alluminio. Questo può essere ottenuto capovolgendolo e picchiettandolo sul terreno o su un’altra superficie dura.

Riferimenti

Cleanipedia. (2021, 8 settembre). Come riciclare l’alluminio . https://www.cleanipedia.com/ar/sustentabilidad/como-se-recicla-el-aluminio.html

Didattica Fisica. (nd). capacità termiche . https://didattica.fisica.uson.mx/tablas/capcalorificas.htm

Colpo di fortuna. (2021, 9 maggio). Ottenere la temperatura corretta nel tempo . https://www.fluke.com/en-us/information/blog/temperature/ottenere-la-temperatura-corretta-con-il-passare-del-tempo

Franco Grazia, A. (2010). Calore latente di fusione . Fisica con il computer. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm

Merckel, G. (2021, 10 aprile). Come riciclare l’alluminio in casa . Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=0v5CuqWVASQ

Olmo, M., & Narvae, R. (nd). Tabella dei Calori Specifici . Iperfisica. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Tables/sphtt.html

Portillo, SR (2020, 25 maggio). Come riciclare l’alluminio . greenecology.com. https://www.ecologiaverde.com/como-reciclar-aluminio-2786.html

Salillas, RP (2020, 12 maggio). Che temperatura raggiunge una fiamma? Mercor Tecresa. https://mercortecresa.com/blog/que-temperatura-alcanza-una-llama

Weerg. (2020, 23 giugno). Alluminio: caratteristiche, proprietà e vantaggi . https://www.weerg.com/es/es/blog/aluminio-character%C3%ADsticas-propiedades-y-ventajas