alluminio

Alluminio (lat. aluminium) è un elemento chimico nel Periodico della tavola degli elementi, che ha il simbolo Al e il numero atomico 13. Appartiene ai metalli a bassa densità. L'alluminio è il terzo elemento più diffuso nella crosta terrestre (8,13 %). Una percentuale maggiore è presente solo nell'ossigeno 46,60 % e nel silicio 22,72 %. Con gli altri elementi forma diverse combinazioni che contribuiscono in modo significativo alla struttura della crosta terrestre. Il gruppo più numeroso è costituito dai silicati e alluminosilicati (kaolinita), che sono anche le sue fonti più abbondanti. La materia prima mineraria più abbondante è il bauxite Al₂O₃ . nH₂O, inoltre si presenta anche come ossido di alluminio e come minerale corindone.

Storia 

L'alluminio fu scoperto nel 1827 dall' chimico e medico tedesco Friedrich Wöhler. L'alluminio era in quel periodo un metallo raro. Veniva utilizzato a scopi decorativi. Sulle uniformi dei soldati dell'esercito di Napoleone III. brillavano bottoni di alluminio. Il suo prezzo scese quando in Svizzera fu costruita la prima fabbrica di produzione dell'alluminio. Per la sua leggerezza iniziò a sostituire il ferro e altri metalli. L'utilizzo più esteso è là dove è richiesta una grande resistenza con un peso ridotto - industria aeronautica, pannelli per rivestimenti, componenti stampati a pressione soprattutto per l'industria automobilistica...

Preparazione delle materie prime di base 

La materia prima di base per la produzione dell'alluminio è l'ossido di alluminio puro Al₂O₃, che si ottiene purificando il bauxite, che è inquinato da vari ossidi, principalmente ossidi di titanio, di ferro e di silicio. Il processo di purificazione del bauxite si effettua utilizzando idrossido di sodio alla pressione. Al Al₂O₃ così purificato si aggiunge cryolite Na₃[AlF₆] e fluorite CaF₂, per ridurre la temperatura di fusione. Per separare l'ossido di alluminio dall'idrossido ferrico si utilizza anche il carattere anfotero dell'idrossido di alluminio Al(OH)₃. L'idrossido ferrico non ha un carattere anfotero e quindi non si scioglie nell'idrossido alcalino. Da ciò consegue che, aggiungendo un idrossido alcalino, ad esempio l'idrossido di potassio KOH, avviene solo la dissoluzione di Al(OH)₃. Il filtrato risultante conterrà gli ioni di alluminio Al³⁺, che possiamo facilmente convertire nuovamente in idrossido di alluminio. Da questo, asciugandolo, otteniamo l'ossido di alluminio.

Produzione

La fusione avviene in un forno elettrico mediante un processo elettrolitico. Durante l'elettrolisi si utilizza una corrente continua. Gli elettrodi sono fatti da una miscela di carbone, coque e scorie. Il catodo è costituito da piastre che rivestono le pareti del forno, l'anodo è un fascio di 6 a 12 elettrodi in carbonio (aste di grafite). La soluzione è costituita da una soluzione al 20% di Al₂O₃, che è sottoposta a elettrolisi. Avviene una reazione chimica: elettrolisi della fusione.

 

Bauxite

Al₂O₃ → 2Al³⁺ + 3O²⁻

Anodo

O²⁻ - 2e⁻ → O₂⁰

O₂ + C → CO₂

Catodo

Al³⁺ + 3e⁻ → Al⁰

All'elettrodo in carbonio si estrae l'ossigeno, che reagisce immediatamente con il carbonio, producendo biossido di carbonio CO₂. Sulle piastre catodiche, che rivestiscono il forno, si separa l'alluminio puro in forma di fusione. Questo viene successivamente versato in stampi in argilla. La produzione di alluminio è molto energivora.

Carattere anfotero di Al, Al₂O₃ e Al(OH)₃

Il carattere anfotero significa che reagisce sia con l'acido che con la base.

- reazione con l'anione idrossido OH^-

Al³⁺ → Al(OH)_3 (S) → [Al(OH)₄]^-

Al(OH)_3 (S) - si forma un velo bianco

- reazione con il catione H₃O⁺

[Al(OH)₄]^- → Al(OH)_3 (S) → AI³⁺

Produzione in Slovacchia

Nel sito della hlinikáreň in Žiari nad Hronom della società Slovalco, (proprietario di maggioranza Hydro) si produce alluminio e sue leghe per ulteriore lavorazione.^[1] Ad esempio, la società Hydro Extrusion Slovakia produce e vende lastre di alluminio, profili estrusi, sistemi per l'edilizia.^[2] Altre aziende che operano in Žiar sono produttori e fornitori per l'industria automobilistica, di consumo e edilizia: Nemak, Fagor Ederlan Slovakia, Thermosolar.

In Slovacchia le tecnologie per la produzione industriale in serie di vari componenti in alluminio schiuma metallica sono state sviluppate da scienziati sotto la guida di František Simančík dell' Istituto dei materiali e della meccanica dei macchinari dell'Accademia slovacca delle scienze. Queste tecnologie sono protette da brevetti mondiali.^[3]

Proprietà e utilizzo

L'alluminio è resistente alla corrosione e brucia in ossido di alluminio Al₂O₃. In tutti gli ambienti tranne che in quelli acidi è inoffensivo, in quelli acidi si dissolve (cavolo rosso, tè). A causa degli effetti tossici e cancerogeni (sostituisce metalli nei metalloproteine) è vietato l'uso di recipienti in alluminio.

Si utilizza principalmente per l'aluminotermia - è un metodo per ottenere metalli dai loro ossidi, sfruttando la capacità riducente dell'alluminio.

ad esempio Fe₂O₃ + 2 Al = Al₂O₃ + 2 Fe

Un altro utilizzo dell'alluminio - produzione di alobali, nella produzione di polietilene e leghe.

Produzione di leghe ha applicazioni nell'industria metallurgica nella produzione di mezzi di trasporto e varie strutture leggere.

La lega di alluminio più conosciuta è il duraluminio (dall'inglese durable aluminium), che è una lega di alluminio con rame e magnesio (Al-Cu4-Mg). L'applicazione principale del duraluminio era nell'industria aeronautica. Nel passato ha trovato il suo posto nella produzione di oggetti per la casa, come posateria e recipienti - è stato sostituito dal più costoso antikoro. Si utilizza spesso nell' elettrotecnica per la sua buona conducibilità elettrica e il prezzo più basso rispetto al rame, dove si producono conduttori in leghe di alluminio. Si utilizza nei cavi per le reti di alta tensione (rete elettrica). Nelle impianti domestici si è smesso di utilizzarlo alla fine degli anni '80. La ragione è che l'alluminio, sotto pressione "si deforma" - i collegamenti elettrici con conduttori in alluminio devono essere serrati, altrimenti con il tempo si perde il contatto elettrico. Si utilizza anche la sua ottima conducibilità termica per la produzione di vari dissipatori di calore e scambiatori di calore. Nell'edilizia si utilizza per pannelli di rivestimento. L'alluminio è poco resistente agli agenti atmosferici, quindi deve essere modificato superficialmente - anodizzandolo (elettrochimicamente si forma uno strato di ossido in superficie, che è resistente e può essere colorato e lucidato).

Oltre a ciò si utilizzano le varietà gemmologiche di corindone Al₂O₃ - rubino e zaffiro. Al₂O₃ serve anche per la produzione di carta vetrata.

Nella medicina si utilizza ad esempio l'acetato di alluminio Al(CH₃COO)₃ - sale dell'acido acetico; come impacco contro le infiammazioni.

Importante è anche l'industria ceramica - produzione di porcellana e ceramica grezza. L'ingrediente principale è l'argilla (contiene il minerale kaolinite). La porcellana si ottiene bruciando una miscela di argilla e frammenti di pietra focaia con quarzo (è famoso il porcellane di Karlovy Vary). Dalla ceramica grezza si produce ad esempio materiale refrattario, tegole, vasellame in argilla, vasi per piante, tubazioni, ecc.

I sali di Al³⁺ si trovano nell'acqua potabile, nei farmaci (acylpirina, superpirina - riduce l'irritazione gastrica), nella farina per dolci, per frutta e verdura congelata (per l'aspetto), per il montaggio della panna, latte in polvere, caffè istantaneo, ecc.

Nell'industria è importante la produzione di schiuma metallica, detta alluminio schiumato, che ha un vantaggioso rapporto tra rigidezza e peso (ad esempio, una lastra di alluminio schiumato rispetto a una lastra di alluminio di uguale peso ha una rigidezza flessionale molto maggiore). La schiuma è migliore nell'assorbimento delle vibrazioni e del rumore causato dal movimento delle parti rispetto alla sua fusione in alluminio pieno.