El reciclaje de níquel se centra principalmente en dos tipos de materiales: aleaciones de níquel de alto valor y chatarra de níquel. El reciclaje de aleaciones de níquel de alto valor se enfoca principalmente en álabes de turbinas de motores de aeronaves, malla de níquel-rutenio utilizada en la electrólisis cloroalcalina, catalizadores usados o líquidos residuales de galvanoplastia procedentes del tratamiento de agua y la galvanoplastia, catalizadores y electrodos de níquel en la industria de celdas electrolíticas, y catalizadores a base de níquel en la industria de producción de hidrógeno. En estas aplicaciones, el níquel no existe de forma aislada, sino que suele estar unido a renio, rutenio, iridio, metales del grupo del platino o elementos de tierras raras. Por consiguiente, la propuesta de valor del reciclaje de níquel no consiste simplemente en "vender chatarra en función del precio del níquel", sino en "separar el níquel y sus metales asociados en formas que puedan reutilizarse". (Estas industrias también contienen materiales de titanio de alto valor; para conocer las vías de reciclaje de titanio, consulte la descripción general específica de la industria: " Un análisis en profundidad del reciclaje de titanio "). Otra categoría de materiales de níquel de menor valor consiste en acero inoxidable y baterías. La importancia del reciclaje de este tipo de chatarra de níquel radica más en la circulación de recursos y el control de costes mediante economías de escala que en las primas por tonelada métrica.
Las aleaciones de alta temperatura utilizadas en las palas de las turbinas de motores aeroespaciales y en las turbinas de gas tienen una matriz de níquel (50-70 % en peso) y están aleadas con metales refractarios de alto valor como el renio, el tantalio y el tungsteno. El principal obstáculo para el reciclaje de estos materiales no es la disponibilidad de níquel, sino la microestructura extremadamente densa de la aleación y su resistencia a la corrosión por ácidos y álcalis; la trituración y la descomposición presentan importantes desafíos en sí mismas. El objetivo fundamental del reciclaje es preservar al máximo el valor del níquel y de los metales clave asociados, como el renio y el cobalto, al tiempo que se gestiona la compleja composición de la aleación.
La pirometalurgia recupera níquel refundiendo aleaciones de desecho a altas temperaturas para producir metal primario, logrando una tasa de recuperación de níquel del 88-97%. Sus desventajas incluyen un alto consumo de energía y una selectividad limitada para metales asociados. La hidrometalurgia utiliza lixiviación ácida/alcalina combinada con separación y purificación; las tasas de extracción de níquel, renio y cobalto pueden alcanzar el 92-99%, y la eficiencia de precipitación de oxalatos de cobalto/níquel es del 95-99%. Sin embargo, generalmente requiere molienda previa e implica un proceso relativamente largo. La ruta combinada pirometalúrgica-hidrometalúrgica primero altera la estructura del material mediante tostación oxidativa o básica. En un proceso típico, después de que las aleaciones de alta temperatura reaccionan con partículas de aluminio a 1500 °C, la tasa de lixiviación de níquel en el primer paso es del 95%, y la tasa de lixiviación de renio en el segundo paso es del 99%. Para abordar los problemas de "incapacidad de descomposición" e "incapacidad de lixiviación" inherentes a los métodos tradicionales, el proceso de sulfuración aprovecha la baja resistencia de las aleaciones de níquel a la corrosión por azufre. Primero convierte el metal en sulfuros, cuya dureza es mucho menor que la de la aleación original, y luego los lixivia con HCl, logrando tasas de recuperación del 97,6 % para el Fe y del 98,1 % para el Ni. El molibdeno se puede recuperar por separado mediante tostación y lixiviación alcalina. La disolución anódica electroquímica también está pasando del laboratorio a la escala industrial; en un sistema de HCl de 100 g/L, la concentración de níquel puede alcanzar los 72,11 g/L, lo que la hace adecuada para procesar materiales de recuperación de aleaciones de níquel con grandes superficies específicas, como virutas de mecanizado y polvo de rectificado.
El acero inoxidable es la principal fuente de níquel reciclado, representando aproximadamente el 80 % del consumo de níquel en aplicaciones posteriores. Sin embargo, la lógica del reciclaje de níquel del acero inoxidable difiere completamente de la de las aleaciones de alto valor: el objetivo no es preservar características de rendimiento extremas específicas, sino recuperar hierro, cromo y níquel a gran escala y a bajo costo. Los materiales principales para el reciclaje de chatarra de níquel en este sector son el polvo generado durante la fundición y el procesamiento, los lodos de decapado, las cenizas de recolección de polvo y el material de retorno de chatarra de acero inoxidable.
La reducción pirometalúrgica y la separación por fusión son los métodos principales para el procesamiento del polvo de acero inoxidable (SSD). Los lodos de decapado y las cenizas de recolección de polvo se mezclan, peletizan y sinterizan antes de ser introducidos en un horno de arco eléctrico para su fundición; la reducción en horno de inducción combinada con la adición de ferrosilicio logra una tasa de recuperación combinada de aproximadamente el 95 % para hierro, cromo, níquel y molibdeno. Las líneas de producción europeas adoptan un enfoque más directo: la unidad Recyco de Aperam, que opera en su planta de Isbergues en Francia, utiliza un horno de arco eléctrico específicamente para procesar el polvo y los lodos de la planta de fundición de acero inoxidable, recuperando níquel, cromo y molibdeno en ferroaleaciones, que luego se devuelven a la propia planta de fundición de la empresa para reemplazar el níquel primario. La ruta pirometalúrgica-hidrometalúrgica integrada aumenta la recuperación de níquel del 82 % al 91 % y la de cromo del 75 % al 86 %, lo que permite aprovechar chatarra de baja calidad con un contenido de níquel inferior al 3 %. La ruta hidrometalúrgica auxiliar se centra en el decapado de líquidos residuales y lodos finos, utilizando lixiviación ácida o diálisis por difusión para recuperar ácidos e iones metálicos. Como complemento de la ruta pirometalúrgica, resulta adecuada para materiales con composiciones complejas y volúmenes de procesamiento reducidos.
El principal objetivo de recuperación en la electrólisis cloroalcalina es la malla de níquel-rutenio , que consiste en un sustrato de níquel puro con un recubrimiento superficial de rutenio. El valor del níquel en estos electrodos no se puede determinar en función del precio del níquel de desecho; el sustrato de níquel sirve simplemente como soporte, mientras que el verdadero valor reside en el rutenio. Por lo tanto, el enfoque técnico no consiste en fundirlos para recuperar el níquel, sino en separar cuidadosamente el recubrimiento del sustrato y luego recuperarlos por separado.
El proceso de desprendimiento mejorado consiste en sumergir los electrodos usados en ácido diluido y aplicar radiación ultrasónica para separar el recubrimiento de metal precioso del sustrato de níquel; controlar la duración de la radiación es fundamental para el proceso. Tras el desprendimiento del recubrimiento, este se somete a un proceso de desprendimiento, extracción y refinación, y el rutenio se purifica para obtener rutenio de alta pureza que se reincorpora al ciclo industrial, mientras que el sustrato de níquel se recicla como material de níquel. A nivel industrial, ya está en funcionamiento un sistema de circuito cerrado entre empresas: en un proyecto conjunto lanzado en febrero de 2025, Nobian suministra electrodos electrolíticos al final de su vida útil; Mastermelt y Furuya Metal se encargan de desprendimiento del catalizador de los electrodos y de la extracción y refinación de los metales preciosos; Asahi Kasei reprocesa los metales preciosos recuperados para convertirlos en catalizadores que se recubren sobre nuevos electrodos; y Nobian utiliza estos electrodos reciclados para la electrólisis de agua salada. Nobian ha confirmado que la mayor parte del rutenio y el iridio, junto con el titanio y el níquel, pueden recuperarse y reutilizarse para fabricar nuevos electrodos reciclados y estructuras de electrolizadores. Asahi Kasei cree que este modelo puede extenderse al reciclaje de componentes de sus sistemas de electrólisis de hidrógeno verde.
En las plantas de tratamiento de agua y en las instalaciones de galvanoplastia, el níquel se presenta principalmente como iones disueltos (en los líquidos residuales de la galvanoplastia) o en forma de lodos o catalizadores usados. La matriz es compleja y suele contener hierro, aluminio, cobre y cromo. La clave del reciclaje de níquel no reside en si se puede lixiviar, sino en cómo purificarlo hasta alcanzar un grado utilizable dentro del rango de selectividad donde coexisten múltiples impurezas. El níquel recuperado se presenta normalmente en forma de productos como sulfato de níquel e hidróxido de níquel, que pueden reutilizarse en la galvanoplastia o como precursores para baterías.
Para los lodos de galvanoplastia, la combinación de lixiviación ácida, precipitación oxidativa y extracción con solvente es de eficacia comprobada. La lixiviación con ácido sulfúrico moviliza el níquel, el cobre, el hierro y el aluminio en solución; la extracción con P2O4 separa el Fe y el Al del lixiviado, logrando una tasa de eliminación de Fe cercana al 100 % y una tasa de eliminación de Al del 99,5 %, limitando la pérdida de níquel a aproximadamente el 16 %. El residuo extractante restante se somete a una extracción adicional de níquel utilizando HBL 110, logrando una tasa de recuperación de níquel del 98,5 % y obteniendo un producto de sulfato de níquel de grado industrial con un contenido de níquel del 24,4 %. Si el objetivo es producir níquel de grado para galvanoplastia, la extracción con P2O4, seguida de la eliminación de impurezas, evaporación y cristalización, produce cristales de NiSO₄ con un contenido de Ni del 25,4 % en peso, que pueden reincorporarse directamente al proceso de niquelado químico. Los catalizadores usados siguen una ruta de lixiviación selectiva independiente: un sistema de amoníaco-cloruro de amonio puede lixiviar el níquel de los catalizadores de hidrogenación y, cuando se combina con extractantes quelantes (como LIX65N), produce un níquel con una pureza superior al 99,5 %. Actualmente se están evaluando disolventes eutécticos y líquidos iónicos como alternativas a los ácidos y bases fuertes, con el objetivo de lograr una extracción selectiva de los catalizadores usados y los lodos de galvanoplastia para reducir la carga sobre el tratamiento de aguas residuales al final del proceso.
En los electrolizadores PEM y de alta temperatura, el níquel se presenta en forma de catalizadores o materiales activos de los electrodos, generalmente combinado con otros metales del grupo del platino (platino, iridio, rutenio) y elementos de tierras raras. El desafío en la recuperación del níquel no reside en la disolución química, sino en la separación física: el catalizador se deposita en los electrodos o materiales de la membrana en forma de partículas extremadamente finas, con un tamaño aproximado de una centésima parte del diámetro de un cabello humano. Los procesos de fundición tradicionales no son adecuados para esta aplicación, y las tecnologías de vanguardia se centran en la separación eficiente de estas partículas finas.
La extracción de partículas líquido-líquido utiliza un sistema de circulación de solvente-agua para separar selectivamente los catalizadores catódicos hidrofóbicos de los catalizadores anódicos hidrofílicos en función de sus diferencias de hidrofobicidad. La flotación por aglomeración emplea un aglutinante hidrofóbico —producido mediante tecnología de emulsión especializada— para aglomerar selectivamente partículas ultrafinas, que luego se separan mediante la adhesión de burbujas. Estas dos tecnologías complementarias de separación de partículas finas pueden alcanzar tasas de recuperación de hasta el 90 % para materiales funcionales clave como platino, iridio, paladio, elementos de tierras raras y níquel. Los electrolizadores de alta temperatura (SOEC) utilizan níquel y elementos de tierras raras como sus materiales catalizadores principales, lo que difiere de los sistemas de metales del grupo del platino en los electrolizadores PEM en términos de materiales objetivo para la recuperación; sin embargo, la lógica detrás de la separación de partículas finas sigue siendo la misma. En el ámbito de los servicios industriales, el alcance del reciclaje de Heraeus ya abarca MEA, CCM, placas bipolares y capas de transporte porosas de electrolizadores y pilas de combustible, así como residuos de producción. Su mecanismo de cuenta de fondo común de metales permite a los clientes abonar los metales recuperados en sus cuentas, que luego pueden utilizarse para compensar la compra de nuevos productos, venderse a precios de mercado o retirarse como metal físico, integrando así la recuperación de níquel en la gestión de activos metálicos de los clientes.
El reciclaje de níquel en el sector de la producción de hidrógeno presenta características propias de un sistema de reciclaje de circuito cerrado: el objetivo no es simplemente extraer níquel, sino convertirlo directamente en electrocatalizadores utilizables y reinstalarlos en los electrolizadores. La electrólisis alcalina del agua, la electrólisis del agua mediante membrana de intercambio aniónico (AEM) y la electrólisis del agua de mar dependen en gran medida de catalizadores a base de níquel, mientras que la industria de la galvanoplastia genera grandes volúmenes de aguas residuales que contienen níquel, creando una conexión directa entre ambos procesos, que establece la transformación de residuos en materiales funcionales.
Utilizando un método de síntesis hidrotermal escalable, se recuperan Ni(OH)₂ y NiO de las aguas residuales de niquelado y se utilizan directamente como electrocatalizadores de ánodo en celdas de electrólisis de agua con membrana de intercambio aniónico (AEMWE). Las celdas AEMWE que utilizan estos catalizadores de níquel reciclados exhiben un rendimiento comparable al de un ánodo de níquel de referencia a densidades de corriente a escala industrial, con una reducción máxima de 0,25 V en el voltaje de la celda con respecto a la reacción de evolución de oxígeno. Un análisis del ciclo de vida confirma que acoplar la oxidación de urea con la recuperación de catalizadores de níquel puede reducir significativamente la huella de CO₂ de la producción de hidrógeno. Utilizando aguas residuales de niquelado electrolítico como materia prima, se pueden preparar rápidamente catalizadores amorfos a base de níquel mediante electrodeposición de alta densidad de corriente. Este proceso permite la producción simultánea de amoníaco a través de la electroreducción de nitratos y la recuperación de iones de níquel, integrando así el tratamiento de aguas residuales y la síntesis de catalizadores en un solo proceso. Las prácticas actuales de recuperación de níquel en la electrólisis de agua de mar implican principalmente la reconstrucción in situ de las superficies de los electrodos y la recuperación por electrodeposición de iones metálicos disueltos. Si bien este enfoque aún está lejos de un sistema de circuito cerrado completo que implique el reciclaje de catalizadores usados y su reinserción en celdas de electrólisis de agua de mar, la lógica de reciclaje de materiales de catalizadores a base de níquel en esta ruta es coherente con la de los sistemas AEM. El níquel y el cobalto recuperados de baterías de iones de litio al final de su vida útil también pueden convertirse en los catalizadores a base de níquel necesarios para las reacciones de producción de hidrógeno; en este caso, la recuperación de aleaciones de níquel y chatarra de níquel de baterías se relaciona con la cadena de suministro de catalizadores para la producción de hidrógeno.
La fabricación aditiva está redefiniendo la dinámica de precios del reciclaje de níquel a partir de aleaciones de alta temperatura. Mientras que los métodos tradicionales degradan las aleaciones de desecho a materia prima de fundición ordinaria, el enfoque actual implica la mejora directa de la chatarra de aleación de níquel de alta temperatura proveniente de motores de aeronaves y turbinas de gas para convertirla en polvos para impresión 3D. 6K Additive ha firmado un acuerdo de suministro global a largo plazo con Siemens Energy, en virtud del cual Siemens Energy proporciona a 6K Additive polvo de aleación de níquel residual generado durante el proceso de fabricación aditiva. Utilizando el sistema de plasma de microondas UniMelt, 6K Additive convierte este residuo en polvo apto para su reutilización en la fabricación aditiva. Hasta la fecha, se han procesado casi 20 toneladas métricas de material, y una evaluación del ciclo de vida muestra que este proceso reduce el consumo de energía y las emisiones de carbono en más del 90 % en comparación con la producción tradicional de aleación a base de níquel. Continuum Powders recuperó 16.182 kilogramos de chatarra de níquel de las instalaciones de servicio de turbinas de Siemens Energy durante los últimos cinco meses de 2024 y la convirtió en polvo metálico de grado industrial mediante atomización por plasma. Siemens Energy está evaluando la reintegración de este polvo reciclado en sus propios procesos de producción. El modelo de precios para la chatarra de aleación de alta temperatura está pasando de basarse en el contenido de metal a basarse en el rendimiento de recuperación del polvo.
Los indicios de comercialización en el sector cloroalcalino provienen de la implementación de sistemas de circuito cerrado interempresariales. El proyecto conjunto en el que participan Asahi Kasei, Nobian, Furuya Metal y Mastermelt ha entrado en la fase de demostración; el problema principal no es el níquel en sí, sino que la viabilidad económica del reciclaje de rutenio e iridio es insuficiente para sostener el funcionamiento continuo de todo el sistema de circuito cerrado de electrodos.
La diferencia entre el tratamiento de aguas y la galvanoplastia radica en el producto final: los proyectos que se quedan en la etapa de "tratamiento de residuos + recuperación de metal bruto" operan con tarifas de eliminación más diferenciales de precio del metal, mientras que aquellos que avanzan hacia el sulfato de níquel de grado galvanoplastia o de grado batería definen márgenes de beneficio en función de la pureza del producto. Este último requiere una mayor inversión inicial, pero también genera una mayor fidelización de clientes.
Existen dos enfoques para la implementación comercial de celdas electrolíticas: reciclar la celda completa o desmantelarla para recuperar materiales específicos según sea necesario. ¡Desmantelar completamente las celdas electrolíticas para su reciclaje suele tener un precio más elevado! DONGSHENG Precious Metals Recycling ofrece precios para la chatarra de titanio y níquel proveniente de celdas electrolíticas un 15 % superiores al precio de mercado.
En lo que respecta a la producción de hidrógeno, el proceso de ciclo cerrado de "níquel reciclado → catalizador para la producción de hidrógeno" ha completado las pruebas de concepto y las demostraciones a escala de kilogramos, pero aún no ha surgido ninguna entidad comercial independiente con catalizadores de producción de hidrógeno a base de níquel reciclado como producto principal. Un enfoque más realista a corto plazo consiste en integrarse con las plantas de tratamiento de aguas residuales de galvanoplastia y los proveedores de servicios de reciclaje de electrolizadores existentes: las empresas de galvanoplastia entregan las aguas residuales que contienen níquel a recicladores especializados, quienes producen precursores de catalizadores a base de níquel y luego los venden a fabricantes de catalizadores o electrodos para la electrólisis del agua.
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