Il recupero dello zinco

Dott. Alberto Borghi, INFM (Istituto Nazionale per la Fisica della Materia)

L’industria secondaria dello zinco tratta i rottami metallici nella forma di lamiere zincate, ossido di zinco o polveri di zinco. Il recupero del metallo avviene mediante tre principali operazioni: pre-trattamento, fusione e raffinazione. Il recupero secondario inizia con la separazione dei materiali contenenti zinco, usualmente in modo magnetico, per flottazione o mediante cernita a mano. Quando i metalli non ferrosi sono mescolati nei rottami trinciati, lo zinco può essere separato dai metalli alto-fondenti come rame e alluminio, attraverso fusione selettiva in una fornace a condensazione. Una fornace a condensazione (rotante, con forno a riverbero o a muffola) scalda lentamente i rottami contenenti zinco e altri metalli a circa 419.4°C; questa temperatura è sufficiente per fondere lo zinco ma è inferiore al punto di fusione dei metalli rimanenti.

Nel caso di trattamento di acciaio zincato, lo zinco viene recuperato dalle polveri della fornace ad arco dopo che il carico di rottami è stato fuso per produrre l’acciaio. Il tasso corrente (2002) di riciclo è approssimativamente del 10%; inoltre, la maggior parte delle scorie di affioramento e rifiuti generati all’interno degli impianti per la galvanica sono recuperati. Sebbene sembri probabile che il riciclo continuerà ad essere incoraggiato a livello della sostenibilità ambientale, con un alto tasso di riciclo già raggiunto, c’è una piccola opportunità per un ulteriore aumento economico [M. Anthony].

Quasi tutta la polvere di zinco recuparata delle fornaci ad arco elettrico è prima lavorata per produrre un concentrato di ossido di zinco che viene poi spedito ad un fonditore pirometallurgico di zinco primario per la purificazione del metallo.

Secondo l’Associazione Internazionale Zinco (IZA) nel mondo ci sono 50 gestori di zinco secondario. I processi di riciclo sono abbastanza vari. I rottami nuovi sono usualmente rifusi. Nel caso di miscele di rottami di metalli non ferrosi lo zinco è separato a mano o magneticamente prima di essere purificato attraverso distillazione. Una maggiore ed in crescita sorgente di zinco secondario è la polvere emessa dalla produzione secondaria di ferro attraverso le Fornaci ad Arco Elettrico che usano rottami di ferro rivestito in modo galvanico.

Negli ultimi anni il consumo di metallo di zinco purificato è stato leggermente maggiore del metallo prodotto, probabilmente perché un significativo quantitativo di zinco purificato include lo zinco usato direttamente nelle leghe (esempio ottone) considerato come materiale sorgente, se concentrato, residui, scorie o rottami. La situazione si è invertita dal 1988 al 1993 (la produzione eccedeva il consumo), e prima di questo, per molti anni, le due curve erano sostanzialmente identiche.
La fotografia del riciclo dei rottami vecchi è abbastanza confusa. Basandosi sulle proprietà fisiche la maggior parte dello zinco metallico è teoricamente recuperabile anche dopo un lungo periodo di utilizzo. In accordo con il Gruppo di Studi Internazionale su Piombo e Zinco (ILZSG 200) l’efficienza di recupero dello zinco, nel senso della frazione di rottami vecchi che attualmente è disponibile per il riciclo, è del 80%; questo è consistente con un lungo periodo di vita dei prodotti di zinco di 100 anni.
In ogni caso, si deve indicare che la stessa stima fatta dal Dipartimento Statunitense delle Miniere è molto differente. Nel 1993 solo il 12% del zinco purificato proveniva da rottami vecchi e l’efficienza di riciclo dello zinco in quell’anno era del 21% [Sibley S.F., 1995].

Nel 1979-80 c’erano attivi negli Stati Uniti almeno 16 produttori di zinco secondario; di questi, sei sono stati recentemente chiusi. Nel 1999 tre fonditori primari utilizzavano rottami di zinco e dodici piccole industrie producevano zinco chimico dai rottami; nessuno produceva zinco metallico dai rottami. Almeno negli Stati Uniti, non c’è evidenza di un aumento a lungo termine del tasso di riciclo di vecchi rottami.

Nel 1993 negli Stati Uniti il tasso di riciclo per i vecchi rottami era del 12%, dal 1995 al 1999 il tasso di riciclo è passato dal 24.2% al 27.5%. La differenza è che i dati sul totale si riferiscono principalmente ai nuovi rottami; infatti, solo un quarto (6% in totale) del tasso di riciclo nel periodo 1995-99 era relativo a vecchi rottami, che è bruscamente diminuito dal 1993. Questa diminuzione potrebbe essere dovuta all’esportazione dei rottami, sebbene non ci siano dati che lo confermano.

Il recupero dello zinco dal ferro e acciaio zincati sta iniziando ad aumentare anche se è ancora basso; il resto è principalmente proveniente da prodotti in ottone, polvere, vecchi stampi e vecchi laminati di zinco.

La polvere proveniente dai filtri delle fornaci ad arco elettrico degli Stati Uniti contiene circa il 18% di zinco (più una piccola percentuale di Pb leggermente sopra al 2% e Cd) derivante, in media, principalmente da rottami di ferro zincato [Llewellyn, 1994]. E’ stato stimato che, alcune decine di anni fa, circa 200000 – 250000 tonnellate di zinco erano potenzialmente ricavabili dalle polveri prodotte dalle fornaci elettriche degli Stati Uniti [Higley Leo W., 1977]. Questo zinco è economicamente recuperabile attraverso il processo chiamato Waelz, sebbene solo il 20% della polvere delle fornaci ad arco elettrico era riciclata per il recupero del minerale non più tardi del 1990. La ricerca attuale va nella direzione di separare lo zinco dalle superfici galvaniche prima della fusione.
Il maggior problema per chi si occupa di riciclo è che lo zinco secondario è invariabilmente associato con altri metalli, compreso rame, piombo, arsenico, cadmio, e cromo.

Secondo il tipo di acciaio e del processo di zincatura, una quantità compresa fra il 10% e il 40% dello zinco finisce nei residui. Lo zinco, che è metallurgicamente combinato con l’acciaio durante la zincatura, non può essere facilmente separato dai rottami; per questo è usualmente recuperato dalle polveri generate durante il recupero dei rottami di acciaio.
Le polveri dei filtri sono generalmente classificate come materiali pericolosi a causa delle impurità presenti; questo complica lo stoccaggio o il trasferimento in altre zone per la lavorazione.

I materiali che contengono zinco, inoltre, sono estremamente variabili; includono rottami di automobili, rottami di ottone, scorie del processo galvanico, cenere di zinco del processo a secco, polveri delle fornaci ad arco, e altri. La composizione varia grandemente e di conseguenza anche il processo di recupero deve egualmente variare.

I rottami contenenti zinco, generati alla fine del ciclo di vita dei prodotti in cui lo zinco è incorporato, sono più difficilmente recuperabili; conseguentemente, solo una piccola parte è riciclata. Sino al 1993, circa il totale dello zinco usato nella produzione di acciaio zincato era disperso nelle discariche o nelle scorie degli impianti di recupero dei rottami di acciaio [Plachy J., 2001].

Negli ultimi anni, lo zinco è stato recuperato dalle polveri e una nuova tecnologia per la separazione dello zinco dalla zincatura dell’acciaio è stata sviluppata. Questo nuovo processo potrebbe aumentare il basso tasso di riciclo dei rottami di zinco così da accrescere la sostenibilità della produzione primaria di zinco.

Molti usi chimici e metallici dello zinco sono essenzialmente dissipativi. Dato il lungo ciclo di vita dei prodotti di zinco, una grande quantità di zinco metallico è ancora in uso. Oltre quello che è attualmente recuperato, piccole quantità di oggetti contenenti zinco finiscono ancora nelle scorie o nelle discariche dove una quantità sconosciuta di zinco potrebbe essere dissolta dalla pioggia acida e una più piccola frazione di zinco metallico è, inoltre, vaporizzata e dispersa nell’atmosfera.

Lo zinco in basse concentrazioni è generalmente considerato un materiale non tossico; conseguentemente, il riciclo dello zinco è guidato principalmente dal costo di estrazione del metallo, dal prezzo dello zinco e solo in piccola parte da considerazioni ambientali.

I vecchi rottami consistono di prodotti di zinco usati nella forma di metallo o lega che sono stati scartati a causa dell’usura, del guasto o per la loro obsolescenza. Nel 1998 circa il 23% dei prodotti di zinco era realizzato negli Stati Uniti per usi dissipativi; la dissipazione può essere rapida (fertilizzanti, mangimi animali, anticrittogamici, farmaci) o a lungo termine (corrosione delle superfici zincate, abrasione dei copertoni in gomma, sfaldamento della vernice). Una grande quantità di prodotti di zinco sono ancora in circolazione in quanto la loro utilità può durare ancora 100 anni. Questi prodotti comprendono zinco usato in processi galvanici e, in piccole quantità, in leghe a base di zinco come ottone e bronzo. Circa il 68% dei prodotti contenenti zinco realizzati negli Stati Uniti nel 1998 saranno eventualmente disponibili come vecchi rottami, ma solo una piccola porzione di questi sarà riciclata.

Bibliografia

M. Anthony, D.S. Flett and A. Hanson “Future changes for metals recovery – Outlook Through 2010”, St Barbara Consultancy Services London. (Marzo 2002)

Sibley S.F., W.C. Butterman et al. “Metals recycling in the United States”, Resource Conservation Recycling 15, 1995, 256-267.

Llewellyn, Thomas O. “Cadmium (material flow)” Information Circular (IC9380), United State Bureau of Mines, Washington DC, 1994.

Higley Leo W. and M. M. Fine “Electric furnace steelmaking dusts – a zinc raw material” Higley and Fine77 (8209), United State Bureau of Mines, Washington DC, 1977.

Plachy J. “Zinc recycling in the United States in 1998”, U.S. Geological Survey Circular 1196-D, U.S. Department of the Interior, 2001.