Recuperación de aluminio presente en envases multicapa mediante extracción con disolventes: Equilibrio de Fases

Abstract

El reciclaje y la economía circular son prácticas que se encuentran a la orden del día debido a la emergencia climática y la contaminación a la que estamos sometidos actualmente. La búsqueda de nuevas técnicas de valorización de residuos para generar nuevos productos y mitigar el impacto en el medio ambiente es cada vez más frecuente. Uno de los mayores residuos que se generan a nivel mundial son los envases multicapa como los denominados “Tetrabricks”, cuyo uso destaca en la industria alimentaria. Estos envases están formados por diversas capas de aluminio, cartón y plásticos como el polietileno. Conseguir separar el aluminio de las diferentes capas que conforman estos envases reduciría en gran medida los costes de producción de estos elementos, ya que el proceso de obtención del aluminio es altamente complejo y caro. Además, se estaría dando una nueva vida al aluminio, fomentando así la economía circular, produciendo de manera sostenible nuevos envases y productos. Actualmente no existen numerosas empresas que realicen esta práctica. En concreto destaca la labor de una empresa alemana, “Saperatec”, que lleva a cabo la separación del aluminio de este tipo de envases mediante el empleo de “líquidos de separación”, siendo pionera en Europa de esta técnica. No obstante, existen estudios a escala de laboratorio sobre la separación del aluminio presente, por ejemplo, en envases de medicamentos en los cuales se hace uso de disolventes eutécticos profundos para llevar a cabo la extracción. Los disolventes eutécticos profundos (DES) son una alternativa más sostenible que los disolventes orgánicos convencionales, además de ser más flexibles a la hora de su preparación y mucho más económicos. Poseen una baja toxicidad y una baja presión de vapor, propiedades que reducen considerablemente la contaminación a la atmósfera con respecto a otros disolventes. Conocer el comportamiento sólido-líquido de los DES y comprender como interaccionan con el soluto a extraer resulta imprescindible para realizar un adecuado diseño del proceso tanto a escala laboratorio, como en planta piloto o a nivel industrial. En el presente Trabajo Fin de Grado, se ha realizado un estudio del equilibrio de fases sólido - líquido implicado en la extracción del aluminio presente en envases multicapa mediante el empleo de DES. En ese sentido, se han seleccionado y caracterizado diferentes disolventes eutécticos profundos (DES, por sus siglas en inglés “Deep Eutectic Solvents”) para obtener su diagrama de fases sólido-líquido, calculándose además los coeficientes de reparto durante el proceso de extracción para ver cuál de ellos es más eficiente. En primer lugar, ha sido fundamental revisar en la bibliografía estudios en los cuales se hiciera uso de estos disolventes para la separación del aluminio u otros metales presentes en envases. De este modo, se fueron seleccionando las mezclas de disolvente más prometedoras y que principalmente se componen por cloruro de colina y compuestos donantes de enlaces de hidrógeno como la urea, el ácido láctico o el etilenglicol, entre otros. Posteriormente, se han determinado los diagramas de fase sólido-líquido de cada sistema que han permitido establecer los rangos de temperatura en los cuales las mezclas se encontraban en fase líquida, requisito indispensable para trabajar con los disolventes en la extracción. La predicción de los diagramas de fase mediante modelos termodinámicos requiere conocer las temperaturas y entalpías de fusión de los compuestos puros. Por esa razón, se han analizado la mayoría de los compuestos mediante una técnica de análisis térmico como la calorimetría diferencial de barrido (DSC), con el fin de conocer sus propiedades de fusión, y se ha observado además el fenómeno del polimorfismo, que tiene una influencia importante en los resultados de las predicciones. Los modelos termodinámicos empleados para determinar los coeficientes de actividad de la fase líquida fueron el modelo Flory Huggins, UNIFAC-DORTMUND, COSMO-SAC y COSMORS. La comparación de los resultados con las predicciones considerando el modelo ideal permitió caracterizar y clasificar los disolventes en eutécticos profundos o simplemente eutécticos, teniendo en cuenta la definición de DES. Finalmente, una vez elegido el modelo termodinámico que proporcionó un mejor ajuste, se ha evaluado la eficiencia de la extracción mediante el cálculo de los coeficientes de reparto para cada mezcla de disolvente estudiada. Estos resultados fueron obtenidos mediante el software AMSjobs. En concreto, destacan las mezclas formadas por cloruro de colina y urea, ácido oxálico y tiourea, ya que son las que mayores coeficientes de reparto presentaron en el estudio. Tras este estudio de cribado, se ha seleccionado el disolvente eutéctico profundo compuesto por cloruro de colina y tiourea para continuar con los estudios de extracción. No obstante, a pesar de que en términos de solubilidad dicho DES sea el más prometedor, sería necesario continuar con la búsqueda de disolventes menos corrosivos en futuras líneas de estudio.