Alluminio
• Elemento chimico di simbolo Al, peso atomico
26,98 e numero atomico 13, appartenente al III
gruppo del sistema periodico.
• È uno degli elementi più diffusi della litosfera,
presente in forma di silicati e di ossidi in molti
minerali della crosta terrestre, della quale
costituisce circa l'8% in peso; non è stato mai
trovato allo stato “nativo”.
• L'alluminio puro è un metallo dal caratteristico
colore bianco argenteo, molto leggero (d=2,70),
fonde a 660,2 ºC e bolle a 2056 ºC.
• L'alluminio presenta una conducibilità elettrica assai
elevata, inferiore a quella del rame: per la sua
leggerezza (il suo peso specifico è meno di 1/3 di
quello del rame), i conduttori elettrici di alluminio
presentano, rispetto al peso, una conducibilità
elettrica circa doppia di quella del rame e ciò ne ha
consentito l'impiego anche nella costruzione di
elettrodotti.
• L'alluminio presenta un'elevata reattività chimica e in
particolare un'alta affinità per l'ossigeno che lo porta a
combinarsi con esso con grande sviluppo di calore:
questa proprietà è utilizzata sia nei processi di
alluminotermia, sia nella fabbricazione di esplosivi.
• Esposto all'aria, si ricopre immediatamente di una sottile
pellicola estremamente compatta e aderente di ossido,
che protegge il metallo sottostante da un ulteriore attacco
atmosferico.
• Attaccato dall‘acido cloridrico anche diluito con sviluppo di
idrogeno e inoltre dalle soluzioni degli idrossidi alcalini
nelle quali si discioglie con sviluppo di idrogeno e la
formazione di alluminati.
• Non viene invece attaccato dall‘acido nitrico concentrato,
tanto da poter essere impiegato nella costruzione di
serbatoi destinati a contenere l'acido stesso
• I minerali di alluminio sono molto diffusi sulla crosta
terrestre.
• L’alluminio è uno dei costituenti principali della maggior
parte delle rocce, sotto forma di silicati: feldspati, miche,
argille, che derivano dal disfacimento delle rocce
feldspatiche.
• Per l’estrazione dell’alluminio non è possibile ricorre ai
procedimenti metallurgici classici, data la sua elevata affinità
con l’ossigeno e il suo carattere elettrochimico.
• Per questi motivi l’esistenza dell’alluminio è stata ignorata
fino ai primi anni dell’Ottocento, quando un chimico tedesco,
Andres Marggraf, utilizzò l’allume per ottenere il primo
ossido di alluminio, l’allumina, dimostrando così l’esistenza
di un nuovo elemento metallico.
• Negli anni successivi (1825), Hans Cristian
Oersted ottenne alcune gocce di alluminio
riducendo il cloruro di alluminio con un
amalgama di potassio e alcuni anni più
tardi Freidirich Wohler usò il potassio
metallico come agente riducente.
• Solamente verso la metà del secolo fu
possibile produrre delle piastre sottili
evidenziando la leggerezza e la
malleabilità di questo metallo.
• La produzione rimaneva comunque relegata a piccoli
laboratori nei quali l’alluminio era ottenuto con
procedimenti di riduzione dell’ossido realizzati in crogioli di
platino ed utilizzando il potassio, per cui il prezzo del
metallo ridotto era elevato, superiore anche a quello
dell’oro.
• Un primo processo di produzione industriale fu sviluppato,
dal 1854, da Henri Sainte-Claire Deville che ottenne
alluminio riducendo il cloruro di alluminio con sodio.
• Storicamente l’attuale processo produttivo dell’alluminio è
stato definito nel 1886 da Hall, un americano, e da Heroult,
francese, i quali separatamente, ma contemporaneamente,
idearono un procedimento di riduzione elettrochimica
dell’ossido, l’allumina; contemporaneo fu anche il brevetto
Bayer per ottenere l’allumina dal minerale, la bauxite.
• ciclo completo di produzione che già pochi
anni dopo raggiunse proporzioni industriali e
che è tuttora applicato.
• Fase chimica: estrazione dell’ossido,
l’allumina dalla bauxite che lo contiene sotto
forma idrata;
• Fase elettrochimica: elettrolisi dell’ossido
disciolto in un sale (la criolite) fuso.
1911 Ha inizio l’impiego del foglio sottile per la
protezione degli alimenti. Fu impiegato per la
prima volta per il confezionamento delle
tavolette di cioccolato.
1919 Inizia la produzione di tubetti per pomate
e dentifricio in alluminio.
1924 Negli USA si effettuano i primi
esperimenti per la chiusura delle bottiglie con
tappo a vite in alluminio.
1955 Nascono le prime lattine per bevande
1962 Emie Frazie inventa il sistema ‘easy open’ - apertura facilitata con
linguetta a strappo.
1978 Negli USA ,in nome della salvaguardia dell’ambiente, appaiono le
prime lattine ‘Stay on tab’, in cui la linguetta rimane attaccata.
.
1990 Inizia la produzione di imballaggi per dosi singole e nuove forme di
contenitori asettici. ‘Stay on tab’ viene importato in Europa.
• I minerali dell’Alluminio
• A causa della gran reattività, l’alluminio non si trova allo stato nativo,
ma spesso legato con l’ossigeno a formare ossidi, idrati e silicati di
costituzione assai complessa.
• Le forme più pure sono le gemme rubino e zaffiro, costituite da ossido
Al2O3 con impurità o con difetti del reticolo cristallino che ne
provocano la caratteristica colorazione.
• L’ossido di alluminio impuro, corindone, può essere cristallizzato in
belle forme senza però assumere il valore del rubino e dello zaffiro.
• Cristallizzato in masse di notevoli dimensioni è estratto e utilizzato
come abrasivo che va sotto il nome di smeriglio.
• Il minerale più conveniente per l’estrazione del metallo è la bauxite,
un idrato di allumina;
• altri minerali dai quali è possibile estrarre l’alluminio sono la criolite la
leucite, l’alucite e alcuni allumi.
• Esso è diffuso soprattutto nei feldspati e nelle miche, contenuti in
gran quantità nelle rocce eruttive.
• Nelle rocce sedimentarie si trova in quei minerali che provengono
dalla disgregazione delle rocce eruttive: principalmente nei caolini
(che provengono dal disfacimento dei feldspati) e nelle argille.
• La bauxite, che prende il nome della località di Lex Baux in
Provenza, dove furono scoperti nel 1821 notevoli giacimenti, è
attualmente il minerale alluminifero più importante.
• E’ una roccia di colore che va dal rosso bruno al giallo
costituita principalmente da gibbsite e boehmite, che sono i veri
minerali della bauxite, assieme ad altri idrossidi di alluminio,
sostanze amorfe e prodotti argillosi, che conferiscono le varie
colorazioni. Infatti, la bauxite pura è di colore bianco.
• La bauxite è il minerale nel quale è possibile trovare la maggior
concentrazione di alluminio (65¸85%), se si esclude il
corindone (o rubino) da cui, però, non è possibile ricavare il
metallo mediante i normali processi di riduzione
pirometallurgici, causa l’elevata refrattarietà e l’alta
temperatura di fusione.
• Chimicamente la bauxite è una miscela di ossido di alluminio
(dal 50% al 60%), ossido di ferro (dal 10% al 20%) e silice (dal
1% al 10%) e di minori quantità di titanio, zirconio, vanadio ed
altri minerali con un contenuto di acqua che varia dal 20 al
30%.
E’ presente inoltre come ossido anidro (Al2O3) chiamato
Corindone
Ha una densità vicina a 4 e una durezza uguale a 9,
inferiore solo a quella del diamante
Il Corindone può essere variamente colorato
per la presenza di ossidi metallici e prende
altri nomi :
Rosso Rubino
Blu Zaffiro
giallo Zaffiro giallo
Arancio Padparadshah
sono possibili sfumature di viola Ametista orientale
verde Smeraldo orientale
rosa Patmaraga
Ulteriore presenza dell’alluminio è nei Feldspati,
quale l’Ortoclasio KAlSi3O8 e l’Albite tra i più diffusi
nella criolite (3NaF · AlF3)
nell’allume di rocca (KAl(SO4)2 · 12H2O)
e nei cosiddetti alluminosilicati quali:
Processo di
produzione
L'alluminio si può produrre a partire
• dal minerale, la Bauxite
• dalla rifusione del metallo
stesso, ovvero dal riciclo
dei rottami di alluminio.
L'alluminio prodotto a
partire dal minerale è
detto alluminio primario,
quello ottenuto dalla
rifusione dei rottami di
alluminio, riciclato o
secondario.
Estrazione dell’alluminio
L’alluminio è ottenuto dal minerale bauxite. Il processo per isolarne il contenuto in
alluminio è alquanto complesso e viene completato in due fasi successive:
Primo stadio: processo Bayer
purificazione del minerale da cui si ottiene l’allumina (Al2O3)
Secondo stadio: processo Hall-Hèroult
ottenimento dell'alluminio attraverso l'elettrolisi dell'allumina
• Sono richieste grosse quantità di energia
• Nonostante il costo dell'elettrolisi, l'alluminio è economico e
ampiamente utilizzato.
• Uno dei più grandi produttori di alluminio è il Canada che esporta
alluminio metallico.
• Il processo Bayer
• Il processo che permette di ottenere l’allumina pura dalla
bauxite è detto processo Bayer e sfrutta il carattere
anfotero dell’allumina attraverso un meccanismo di
concentrazione per dissoluzione in ambiente basico.
• Fasi
• Le diverse fasi che caratterizzano il processo Bayer
possono essere schematizzate nel modo seguente:
• macinazione della bauxite;
• solubilizzazione ad alte temperature (separazione degli
insolubili;
• riprecipitazione di Al(OH)3 per abbassamento della
temperatura;
• rigenerazione della soluzione;
• calcinazione.
Primo
stadio
Processo Bayer per l’eliminazione delle impurità
(Fe2O3, SiO2 ):
•frantumazione ed essiccazione della bauxite
•La “farina di bauxite” è trattata con NaOH a 175°C. Si ottiene una soluzione di
idrossido di alluminio, silicati di sodio, ossido di Fe e Ti insolubili raccolti come
“fanghi rossi”.
•L’idrossido di alluminio viene raccolto per filtrazione, lavato e riscaldato(fase di
calcificazione) per formare allumina pura: Al2O3.
Secondo Stadio: processo
Hall-Hèroult
Elettrolisi:
Elettrodi di carbonio.
Reazione al catodo (pareti della cella) : Al3+ + 3e- → Al
Il metallo di alluminio quindi affonda e viene separato.
Reazione all’anodo immerso nella massa fluida: ossidazione dell'ossigeno
della bauxite,
2O2- → O2 + 2eO2 + C → CO2
Reazione di elettrolisi:
2Al2O3 + 3C → 4Al + 3CO2
Schema di cella elettrolitica per la produzione di alluminio: 1) refrattario; 2) crosta solida di allumina e criolite;
3) anodo di carbone; 4) elettrolita fuso; 5) alluminio fuso; 6) suola conduttrice di carbone grafitato
Per produrre 1 kg di alluminio si utilizzano 2 kg di allumina e 4 kg di bauxite e sono necessari
circa 20 kWh. Ad oggi le riserve di bauxite garantiscono alluminio per oltre 1000 anni.
Proprietà dell’alluminio:
•
leggero ma resistente agli urti;
•
durevole;
•
resistente alla corrosione, quindi atossico e capace di non alterare il gusto e il colore
degli alimenti che contiene;
•
igienicamente sicuro (protegge dalla luce, dall’aria, dall’umidità, dagli odori e dai
microrganismi);
•
a-magnetico: non è attratto dalle calamite e perciò si utilizza nella realizzazione di
apparecchi come radio, radar e stereo;
ottimo conduttore termico;
•
•
eccellente conduttore elettrico: viene impiegato nei conduttori ad alto voltaggio, dove
viene preferito al rame per la sua leggerezza, e nelle filettature delle lampadine;
•
riciclabile al 100%.
Ha aspetto grigio argento a causa del leggero strato di
ossidazione che si forma rapidamente quando è esposto all'aria
e che previene la corrosione
Applicazioni
Generalmente l’alluminio richiede l’aggiunta di piccole
quantità di altri metalli che ne esaltino determinate proprietà.
Qualunque sia la lega il contenuto di alluminio è comunque superiore al 90%.
Le riciclabilissime lattine per le bibite, ad esempio, sono fatte con leghe contenenti
basse percentuali di magnesio e manganese che migliorano la rigidità e la malleabilità.
Leghe con piccole quantità di
Cu, Mg, Mn, Si e altri elementi
prerogative meccaniche di gran lunga superiori
ampia gamma di proprietà utili
(componenti vitali in campo aeronautico e
aerospaziale)
•Si:
•Mg:
•Mn:
•Cu:
•Zn:
migliora la colabilità e riduce il coefficiente di dilatazione
aumenta la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino e in mare
aumenta la resistenza meccanica e alla corrosione
accresce la resistenza meccanica, soprattutto a caldo
soprattutto se associato al magnesio, conferisce una elevata
resistenza meccanica
RI-PRODURRE
ALLUMINIO
l’alluminio secondario è equivalente al metallo
primario ottenuto dal minerale,
anche dopo numerosi cicli di vita;
il riciclo consente:
recupero di materiale prezioso senza
decadimento di qualità;
risparmi dell’energia necessaria alla
produzione di primario
Per ricavare dalla bauxite 1 kg
di alluminio sono necessari 20 kWh,mentre
per ricavare 1 kg di alluminio nuovo
da quello usato servono solo 0,7 kWh
riduzione delle emissioni serra;
riduzione delle attività estrattive;
limitazione degli oneri di smaltimento.
•
Dall'alluminio usato se ne può ricavare sempre di nuovo senza dover
ricorrere all'estrazione di materia prima. Oggi circa il 30% della
produzione mondiale d'alluminio proviene da metallo recuperato
Tutti gli oggetti di alluminio che possono essere
riutilizzati portano la sigla "AL" oppure "alu".
L’alluminio si può riciclare solo se è pulito:
corpi estranei come ferro, sostanze sintetiche
o sporcizia debbono essere sottratti
con un procedimento adeguato,
manuale o meccanico.
Le fasi del riciclo dell’alluminio
•Pressatura in balle o paccotti
•Frantumazione in pezzi di
piccole dimensioni
•Separazione da eventuali
parti in materiale magnetico
(ferroso) e materiali diversi
dall’alluminio(vetro, rame, ecc)
(macinazione,separazione gravimetrica
ed elettro-magnetica).
•Trattamento a 500 °C
per eliminare vernici
o altre sostanze aderenti
http://www.matric.it
Le fasi del riciclo dell’alluminio
•Fusione in forno
•Degasaggio e filtraggio
•Colatura in placche
•Produzione di laminati per
formare nuove lattine o altri
manufatti
L’interesse per l’alluminio
selezionato da raccolta
differenziata è alto e costante
COSA DIFFERENZIARE
LO SAPEVATE CHE …
OCCORRONO
800
3
1 paio di occhiali
37
130
1 bicicletta completa
di accessori.
640
1 cerchione per auto.
1 caffettiera
1 monopattino
