Prefazione L’alluminio
crescita e gli ultimi dati relativi al 2003 indicano una produzione di ben 34 milioni di
tonnellate.
Il futuro prevede ancora un aumento di circa il 4-5% annuo di consumo globale di
alluminio e un’ulteriore impennata, e quindi produzione, potrebbe derivare sia dai paesi
in rapida crescita economica ( per l’area asiatica si pensi che la sola Cina puntava per il
2004 ad una produzione di circa 6.5 milioni di t rispetto alle 4,3 milioni di t del 2002)
sia da quelli in via di sviluppo che utilizzerebbero l’alluminio direttamente by-passando
l’utilizzo di altri materiali come ad esempio il rame nel settore elettrico. E’ riscontrato
infatti che il suo consumo aumenta con l’aumentare del Prodotto Nazionale Lordo di
una stato e l’esplosiva crescita economica di molte zone del pianeta può a buon diritto
far prevedere questo ulteriore trend di crescita.
A conferma di ciò si annoti che il consumo dell’alluminio primario è attualmente
concentrato per il 90% nelle regioni ad alta industrializzazione nonostante il 90 % delle
sue risorse e della sua produzione sia localizzata in paesi in via di sviluppo. La
geografia di chi produce alluminio dal minerale si sta infatti spostando verso quelle aree
in cui la disponibilità e il costo dell’energia elettrica (vuoi per lo sfruttamento delle fonti
rinnovabili vuoi per l’abbondanza di combustibili) è più basso.
Una via per sopperire alle crescenti esigenze dell'industria bisognosa di quantità
sempre maggiori di metallo a buon mercato e che fosse disponibile invece il più vicino
possibile rispetto alle lontane zone di produzione del primario, ha permesso di scoprire
quella che oggi è forse considerata uno degli attributi di maggior pregio: l’attitudine al
riciclaggio. Negli ultimi 25 anni questa importante qualità ha contribuito notevolmente
al suo successo tanto che oggi, con circa 10 milioni di tonnellate annue, costituisce circa
il 30% della produzione mondiale.
In una economia di mercato è chiaro che l’incentivo e la possibilità di recupero di un
bene dimesso è proporzionale al suo valore residuo. Sotto questa ottica l'alluminio e le
sue leghe sono dei materiali straordinari, in quanto possono essere riciclati
indefinitamente senza apprezzabili penalizzazioni qualitative a costi molto contenuti. La
progressione straordinaria di questa consapevolezza, accompagnata dal progresso
costante delle tecniche fusorie, ha fatto si che nel 2003 oltre il 50% di tutto l'alluminio
grezzo prodotto in Europa Occidentale derivasse da materiale recuperato e riciclato e
che addirittura in Italia tale percentuale arrivasse al 75%, con andamento costantemente
in crescita.
2
Prefazione L’alluminio
Figura A.1 Andamento dei consumi di alluminio in Italia
A.3 Processo produttivo: l’alluminio primario
L’alluminio è il terzo elemento più abbondante (circa 8%) sulle crosta terrestre dopo
ossigeno e silicio e si trova legato con questi sotto forma di ossido (l’allumina (Al
2
O
3
))
e silicati (ad esempio: albite NaAlSi
3
O
8
, anortite CaAl
2
Si
2
O
8
). Allo stato attuale il
minerale più importante per la sua produzione è la bauxite ricca di Al
2
O
3
·nH
2
O, un
ossido idrato, diffusa come roccia rosso bruno o gialla principalmente nelle regioni sub-
tropicali dell’America Centrale, della Guaina, della Giamaica ma con ricchi giacimenti
anche in Australia, USA, Russia ed Europa dove fu scoperta nel 1821 a Les Baux, luogo
della Francia meridionale da cui prende il nome,
Il procedimento che permette di ottenere lo stato metallico dal minerale è noto
invece come processo Hall-Herault dai cognomi di coloro che nel 1886 lo misero a
punto iniziando di fatto quella che fu la produzione industriale dell’alluminio. Una volta
estratta l’allumina anidra dal minerale separandola dalle impurità di ossido di ferro e
silice presenti (processo Bayer) questa viene portata in particolari celle elettrolitiche in
grafite in cui ad una temperatura di 950-1000° C viene mescolata con criolite fusa
(fluoruro doppio di alluminio e sodio) e, sotto l’azione della corrente continua che
attraversa il bagno conduttore, si discioglie e si scinde in alluminio e ossigeno. La
presenza del bagno salino permette lo svolgersi l’elettrolisi ad una temperatura
3
Prefazione L’alluminio
notevolmente inferiore a quella di fusione dell’allumina (circa 2150°C). Il metallo
liquido si raccoglie quindi sul fondo, che è il catodo della cella, mentre l’ossigeno
liberato si brucia lentamente all’anodo. In termini quantitativi per la produzione di 1
tonnellata di alluminio si richiede l’utilizzo di 2 tonnellate di allumina ricavabili a loro
volta da 4 di bauxite.
Il metallo così preparato partendo dal minerale viene detto “primario” o “di prima
fusione”, ha un titolo compreso tra 99 e 99.9% ( mediamente 99.5%), costituisce il
materiale di partenza per la produzione di leghe di alluminio e viene reso disponibile in
pani, billette, vergelle e placche a seconda della destinazione successiva.
Figura A.1 Lingotti e T-bars
A.4 Proprietà fisiche
L'alluminio è un metallo appartenente al III gruppo del sistema periodico, di
simbolo Al, numero atomico 13, peso atomico 26,98 e valenza normale 3. Cristallizza
nel sistema cubico a facce centrate con dimensione reticolare di lato pari a 4.04 Å che
gli conferisce una struttura molto duttile e malleabile. E’ un metallo leggero di peso
specifico 2,7 kg/dm
3
, durezza 2, si presenta di colore bianco-argenteo con riflessi
azzurrini ed è lucente se tagliato di fresco. Fonde a 660,45° C ed è un discreto
conduttore di calore e di elettricità. All’aria ha la capacità di passivarsi cioè di ricoprirsi
di un sottile ma molto compatto strato di ossidi che è capace di proteggerlo dagli agenti
atmosferici. E’ un elemento anfotero in quanto reagisce tanto con gli acidi quanto con
4
Prefazione L’alluminio
gli alcali che sciogliendo l’ossido superficiale sviluppano idrogeno. Ridotto in polvere o
in fogli sottilissimi brucia facilmente producendo una luce vivissima e sviluppando
3.800 cal/kg.
Proprietà Unità Valore Note
Numero atomico 13
Massa volumica ρ Kg/m
3
2698
1
Punto di fusione °C 660,45 a 1013 10
-3
bar
Punto di ebollizione °C 2056 a 1013 10
-3
bar
Pressione di vapore Pa 3,7 10
-3
a 927°C
Energia interna di massa u J/ kg
1
3,98 10
5
Capacità termica di massa C
p
J/(kg K) 897 a 25°C
Conduttività termica λ W/(mK) 237 a 27°C
Coefficiente di dilatazione lineare α 10
-6
K
-1
23,1 a 25°C
Resistività elettrica ρ 10
-3
µΩ m 26,548
Suscettibilità magnetica K 0,6 10
3
a 25°C
Modulo d'elasticità longitudinale E MPa 69 000
Coefficiente di Poisson ν 0,33
A.5 Proprietà tecnologiche e impieghi
Le caratteristiche di interesse tecnologico che rendono l’alluminio e le sue leghe
presente in quasi tutti i campi d’impiego sono:
• La leggerezza;
• La conducibilità termica;
• La conducibilità elettrica;
• La resistenza a corrosione;
• L’attitudine ai trattamenti di superficie;
• La vasta gamma di leghe e semilavorati;
• La funzionalità dei semilavorati ottenuti per estrusione e fonderia;
1
E' la massa volumica per un metallo avente titolo tra 99,65% e 99,99 %. A 700°C, la massa volumica del metallo liquido avente
titolo 99,996 e pari o 2357 kg/m
3
,
5
Prefazione L’alluminio
• La facilità di messa in opera;
• Il riciclaggio dei rottami;
La leggerezza è la prima caratteristica che viene in mente pensando a questo
metallo: il suo peso specifico è circa un terzo di quello dell’acciaio e una struttura
equivalente pesa circa il 50% in meno. Questo lo rende ormai insostituibile nel sistema
dei trasporti: aerei, treni, navi, ed in modo sempre crescente anche trasporto su strada
oltre che il trasporto dell’energia elettrica e le applicazioni meccaniche beneficiano
indubbiamente di tale alleggerimento delle strutture.
L’alluminio è poi un ottimo conduttore termico dietro solo ad Ag, Au e Cu e questo
spiega perché da molto tempo sia diffuso nella costruzione di utensili e articoli
casalinghi come il pentolame. Oggi allorché si affrontano i problemi di scambio termico
il suo impiego è sempre consigliato quindi lo ritroviamo ad esempio negli scambiatori
di calore o negli impianti di condizionamento.
Nel settore dell’elettronica è il diretto competitore del rame grazie alla sua elevata
conducibilità elettrica, al fatto di essere aspinterogno e di non avere comportamento
ferromagnetico: qui infatti oltre al già citato impiego per i conduttori aerei per il
trasporto dell’energia lo ritroviamo anche nei quadri di connessione, nelle barre di
distribuzione, nei sezionatori, nella schermatura dei cavi ecc.
L’esperienza pluridecennale nelle costruzioni edili, nelle istallazioni all’aperto e
nelle costruzioni navali hanno confermato che la maggior parte delle leghe hanno una
buona resistenza alla corrosione atmosferica in ambiente urbano, marino e industriale:
questo porta ad una durata media delle istallazioni e delle apparecchiature in genere
superiore a quella riscontrabile con altri materiali rendendone una manutenzione molto
ridotta e mantenendo superfici inalterate nel tempo. Inoltre la presenza di una breve
anodizzazione permette di preservare anche le doti riflettenti e le sue caratteristiche
estetiche rendendolo impareggiabile nell’impiego per le parabole dei riflettori di
illuminazione o nei settori come i pannelli decorativi per l’edilizia. Grazie alla buona
resistenza a molti aggressivi chimici è di largo impiego nell'industria chimica, nella
costruzione di apparecchiature e di serbatoi per la raccolta e trasporto di queste
sostanze. Non forma sali tossici, quindi trova diffuso impiego per la produzione di
utensili da cucina e largo impiego nell’industria degli imballaggi alimentari. In talune
circostanze l'alluminio viene scelto, al posto di altri materiali, poiché anche nel caso in
6
Prefazione L’alluminio
cui si possa verificare nel tempo della corrosione (ad esempio a contatto con alcali), i
sali che si formano sono incolori e non alterano i liquidi o le sostanze a contatto.
La vasta gamma di leghe, che la metallurgia dell’alluminio ha consentito di
formulare a partire dalle otto classificazioni canoniche, permette di scegliere di volta in
volta quella migliore che più si adatta agli impieghi voluti rendendo disponibili
un’ampia gamma di semilavorati che va dai laminati agli estrusi, dagli stampati ai
forgiati e ai fusi.
Il riciclaggio, di cui si discuterà ampiamente più avanti, è poi una delle
caratteristiche che meglio si fa apprezzare al giorno d’oggi.
7
Ricevi informazioni sui nostri servizi, sulle offerte e non perdere news e consigli su università e lavoro.
