Alluminio: produzione e lavorazione
L’alluminio è il terzo elemento più abbondante nella crosta terrestre dopo l’ossigeno e il silicio. Sebbene sia molto diffuso, non si trova mai nella sua forma pura. Per questo il materiale non può essere semplicemente estratto dalla natura, ma deve essere prodotto attraverso un procedimento complesso.
Quale materia prima si nasconde dietro l’alluminio? Quali processi devono essere attraversati per ottenere alla fine alluminio puro?
La base: la bauxite
In natura l’alluminio si trova solo in composti di alluminio. La più alta concentrazione di alluminio si trova nelle cosiddette bauxiti. Si tratta di prodotti di alterazione di rocce calcaree e silicatiche.
Nella bauxite la percentuale di ossidi di alluminio supera spesso il 50 percento. Questa è la materia prima per la produzione di alluminio. Le principali aree di estrazione si trovano in Australia, Cina, Guinea, Brasile e India.
In questi luoghi la materia prima contiene la maggiore quantità di allumina, cioè ossido di alluminio puro. L’allumina viene generalmente ottenuta direttamente nel luogo di estrazione della bauxite. Questo consente di risparmiare sui costi di trasporto. Ma come funziona?
La trasformazione: allumina
Attraverso il processo Bayer, inventato nel 1887 e chiamato così dal nome di Karl Bayer, dalla bauxite si ottiene l’ossido di alluminio puro. Questo viene chiamato anche allumina.
La bauxite viene macinata finemente in grandi quantità. Successivamente viene introdotta in un grande contenitore e miscelata con soda caustica riscaldata. Si tratta di una soluzione di soda caustica e acqua che scioglie l’ossido di alluminio contenuto nella bauxite.
La sospensione di alluminio è il miscuglio liquido composto da soda caustica e ossido di alluminio disciolto. I fanghi rossi sono i componenti non disciolti della bauxite.
Con l’aiuto di filtri, la sospensione di alluminio viene separata dai fanghi rossi. Questi ultimi vengono smaltiti. La sospensione di alluminio viene raffreddata e pompata nei silos. Nel liquido si formano piccoli cristalli bianchi che si depositano sul fondo.
Questi cristalli vengono trasferiti in un altro silo, dove possono continuare a crescere. A una temperatura di circa 1000 °C, i cristalli vengono trasformati in forno in allumina, cioè ossido di alluminio puro. Si ottiene così una fine polvere bianca.
L’estrazione: il processo di elettrolisi
Per l’allumina il processo prosegue nei forni fusori primari. Le cosiddette fonderie di alluminio si trovano spesso in luoghi in cui è possibile produrre energia economica e relativamente pulita.
Attraverso il processo Hall-Héroult si produce alluminio puro dall’allumina. Il processo prende il nome da due ricercatori che inventarono questo metodo indipendentemente l’uno dall’altro nel 1886.
L’allumina è composta da alluminio e ossigeno. Il processo Hall-Héroult separa questi due componenti mediante elettrolisi a sali fusi. A tale scopo l’allumina viene inserita in una cella di riduzione.
In questa cella si trova il sale fluorurato criolite, riscaldato a circa 1000 °C. L’interno della cella è spesso rivestito di grafite. Tra i blocchi anodici in carbonio e la grafite viene generata una tensione elettrica.
Questa tensione è bassa, circa 4-5 volt, ma presenta un’intensità di corrente estremamente elevata, da 220.000 a 340.000 ampere. La corrente elettrica separa l’ossigeno dall’alluminio.
L’ossigeno si lega al carbonio dei blocchi anodici e viene eliminato sotto forma di CO₂. L’alluminio puro scende sul fondo e viene scaricato allo stato liquido. Successivamente l’alluminio liquido viene colato in stampi e può essere ulteriormente lavorato per diversi impieghi.
Il materiale: alluminio
L’estrazione della bauxite, la trasformazione in allumina e il processo di elettrolisi mostrano quanto sia complessa la produzione dell’alluminio. Innanzitutto, dalla materia prima bauxite si ottiene ossido di alluminio puro. Successivamente l’ossido viene disciolto in criolite fusa e trasformato in alluminio mediante elettrolisi a sali fusi.
Il prodotto finale, l’alluminio puro, possiede molte proprietà positive. Rendono il materiale versatile, facilmente lavorabile e molto riciclabile. Il riciclo dell’alluminio richiede solo circa il cinque percento dell’energia necessaria per produrre alluminio primario.
Fasi importanti della produzione dell’alluminio
- Estrazione della bauxite: ottenimento della materia prima contenente alluminio.
- Processo Bayer: trasformazione della bauxite in allumina, ovvero ossido di alluminio.
- Elettrolisi a sali fusi: separazione di alluminio e ossigeno nel processo Hall-Héroult.
- Colata: l’alluminio liquido viene colato in stampi.
- Lavorazione successiva: l’alluminio può essere trasformato in lamiere, piastre, profili, tubi o componenti.
- Riciclo: l’alluminio può essere riutilizzato in modo efficiente dal punto di vista energetico.
Conclusione
L’alluminio è un materiale tecnicamente complesso con una catena produttiva articolata. Dalla bauxite all’allumina fino all’elettrolisi sono necessari diversi passaggi prima di ottenere alluminio puro.
Proprio questa combinazione di peso ridotto, buona lavorabilità, resistenza alla corrosione ed elevata riciclabilità rende l’alluminio uno dei materiali più importanti per l’industria, l’edilizia, la costruzione di macchine, l’industria automobilistica e molte altre applicazioni.
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Domande frequenti sulla produzione dell’alluminio
Da cosa viene prodotto l’alluminio?
L’alluminio viene prodotto principalmente dalla bauxite. Da questa materia prima si ottiene prima l’allumina, ovvero ossido di alluminio. Successivamente, tramite elettrolisi, si ottiene alluminio puro.
Che cos’è la bauxite?
La bauxite è una roccia contenente alluminio ed è la materia prima più importante per la produzione di alluminio. Contiene spesso un’elevata percentuale di ossidi di alluminio.
Che cos’è il processo Bayer?
Nel processo Bayer dalla bauxite si ottiene allumina pura, cioè ossido di alluminio. A questo scopo la bauxite macinata viene trattata con soda caustica riscaldata e poi filtrata, raffreddata e ulteriormente lavorata.
Come si ottiene l’alluminio puro?
L’alluminio puro si ottiene tramite il processo Hall-Héroult. L’ossido di alluminio viene disciolto in criolite fusa e separato in alluminio e ossigeno mediante elettrolisi a sali fusi.
Perché l’alluminio è facilmente riciclabile?
L’alluminio è molto facile da riciclare. Il riciclo richiede solo circa il cinque percento dell’energia necessaria per produrre alluminio primario.
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