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  •   Informazioni utili alluminio

L'alluminio è l'elemento chimico di numero atomico 13. Il suo simbolo è Al ed è identificato dal numero CAS 7429-90-5

Si tratta di un metallo duttile color argento. L'alluminio si estrae principalmente dai minerali di bauxite ed è notevole la sua resistenza all'ossidazione, la sua morbidezza, e la sua leggerezza. L'alluminio grezzo viene lavorato tramite diversi processi di produzione industriale, quali ad esempio la fusione, la forgiatura o lo stampaggio.

L'alluminio viene usato in molte industrie per la fabbricazione di milioni di prodotti diversi ed è molto importante per l'economia mondiale.

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Componenti strutturali fatti in alluminio sono vitali per l'industria aerospaziale e molto importanti in altri campi dei trasporti e delle costruzioni nei quali leggerezza, durata e resistenza sono necessarie.

Gli antichi greci e romani usavano l'allume che era prodotto dalla lavorazione dell'alunite, un solfato d'alluminio che si trova in natura.

L'allume era fondamentale nell'industria tessile come fissatore per colori, per le stampe su pergamena, per la concia delle pelli, la produzione del vetro e, come emostatico, per curare le ferite.

Nel 1761 Guyton de Morveau propose di chiamare l'alluminio base, allumina. Il metallo fu identificato per la prima volta da H.Davy, nell'allume KAl(SO4)2*12H2O, però non riuscì ad isolarlo, propose pertanto il nome alumium (dal Latino alumen, alum, sale amaro), poi modificato in aluminium, quindi in alluminio.

Il primo scienziato ad isolare, in forma impura, il metallo fu H. C. Ørsted sfruttando la reazione tra l'amalgama di potassio ed AlCl3; Friedrich Wöhler è generalmente accreditato per aver isolato l'alluminio in forma massiva, nel 1827, migliorando il metodo di Ørsted.

Henri Sainte-Claire Deville introdusse il metodo di riduzione diretta del metallo, per via elettrolitica a partire da NaAlCl4 fuso, processo studiato in modo indipendente pure da Bunsen.

L'invenzione del processo di Hall-Héroult nel 1886, ovvero elettrolisi di allumina disciolta in criolite (NaAlF4) rese economica l'estrazione dell'alluminio dai minerali, ed è comunemente in uso in tutto il mondo.

Caratteristiche  

 

Blocco di alluminio

L'alluminio è un metallo leggero ma resistente, con un aspetto grigio argento a causa del leggero strato di ossidazione che si forma rapidamente quando è esposto all'aria e che previene la corrosione in quanto non solubile. L'alluminio ha un peso specifico di circa un terzo dell'acciaio, o del rame; è malleabile, duttile e può essere lavorato facilmente; ha una eccellente resistenza alla corrosione e durata. Inoltre non è magnetico, non fa scintille, ed è il secondo metallo per malleabilità e sesto per duttilità.
L'alluminio è uno degli elementi più diffusi sulla terra (8,3% in peso), secondo solo a ossigeno (45,5%) e silicio (25,7%) e paragonabile al ferro (6,2%) e al calcio (4,6%). In natura si trova sempre combinato con altri elementi; è presente in numerosi minerali. Dal punto di vista industriale questo metallo leggero (la sua densità è di 2,71 g/cm³) viene prodotto a partire dalla bauxite, roccia rosso bruno o giallo, diffusa soprattutto negli Stati Uniti, in Russia, Guyana, Ungheria, nei territori dell'ex Jugoslavia. Le proprietà salienti dell'alluminio sono:

  • basso peso specifico, pari a circa un terzo di quello dell'acciaio o delle leghe di rame;
  • elevata resistenza alla corrosione;
  • alta conducibilità termica ed elettrica;
  • elevata plasticità;
  • eccellente duttilità e malleabilità;
  • basso potere radiante;
  • difficile saldabilità (per la formazione di allumina, per saldare l'alluminio occorre isolare il giunto di saldatura dall'ossigeno dell'aria attraverso particolari paste che producono gas ionizzanti o plasma).

Pochi elementi in natura si prestano a costituire un numero così elevato di leghe come l'alluminio. Per migliorare le caratteristiche meccaniche si aggiungono all'alluminio determinati quantitativi di elementi alliganti. Quando si combina con altri elementi, le caratteristiche di questo metallo, che allo stato puro è tenero e duttile, cambiano radicalmente. Basta un solo esempio: l'ossido di alluminio (Al2O3) o corindone (i cristalli trasparenti della migliore qualità sono più conosciuti come zaffiri e rubini), è la sostanza naturale più dura dopo il diamante, con durezza relativa 9 nella scala di Mohs. Per quanto riguarda le leghe metalliche formate dall'alluminio, le peculiarità in comune per tutte sono:

  • Bassa temperatura di fusione (compresa tra i 510 ed i 650 °C)
  • Basso peso specifico, compreso tra 2,66 e 2,85 g/cm³
  • Elevatissima conducibilità elettrica e termica
  • Contenuto di alluminio maggiore del 95%

Gran parte degli elementi metallici sono solubili nell'alluminio, tuttavia rame (Cu), silicio (Si), magnesio (Mg), zinco (Zn), manganese (Mn) sono i leganti utilizzati per l'alluminio a costituire le leghe madri; accanto ad essi si possono impiegare elementi che migliorano alcuni aspetti prestazionali delle leghe, conosciuti come correttivi. Si trovano aggiunte, per scopi particolari, piccole percentuali di nichel, titanio, zirconio, cromo, bismuto, piombo, cadmio, scandio ed anche stagno e ferro, quest'ultimo peraltro sempre presente come impurezza. Quando gli elementi sopra menzionati vengono aggiunti all'alluminio di base da soli si hanno leghe binarie, quando aggiunti a due a due o a tre a tre si hanno rispettivamente leghe ternarie o leghe quaternarie. Ogni elemento possiede il suo particolare effetto, per esempio:

  • Silicio: migliora la colabilità e riduce il coefficiente di dilatazione;
  • Magnesio: aumenta la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino e in mare;
  • Manganese: aumenta la resistenza meccanica e alla corrosione;
  • Rame: accresce la resistenza meccanica, soprattutto a caldo;
  • Zinco: soprattutto se associato al magnesio, conferisce un'elevata resistenza meccanica.

Isotopi

L'alluminio ha nove isotopi, la cui massa atomica varia da 23 a 30. Solo 27Al (isotopo stabile) e 26Al (isotopo radioattivo, emivita = 0,72 · 106  anni) si trovano in natura. 26Al viene prodotto dall'argon nell'atmosfera terrestre, dalla spallazione causata dai protoni dei raggi cosmici. Gli isotopi di alluminio hanno trovato un'applicazione pratica nella datazione dei sedimenti marini, dei noduli di manganese, dei ghiacci nei ghiacciai, del quarzo nelle rocce e nei meteoriti. Il rapporto tra 26Al e berillio-10 è stato usato per studiare il ruolo di trasporto, deposizione, sedimentazione ed erosione sulla scala temporale che va da 105 a 106 anni.

Il 26Al cosmogenico venne usato per la prima volta negli studi sulla Luna e i meteoriti. I frammenti di meteoriti che si staccano dal corpo principale, sono esposti a un intenso bombardamento di raggi cosmici durante il loro viaggio nello spazio, che causa una sostanziale produzione di 26Al. Dopo essere caduti sulla Terra, lo scudo dell'atmosfera protegge i frammenti dall'ulteriore produzione di 26Al, e il suo decadimento può essere usato per determinare la durata della loro presenza sulla Terra. La ricerca sui meteoriti ha anche mostrato che 26Al era relativamente abbondante all'epoca della formazione del nostro sistema planetario. È possibile che l'energia rilasciata dal decadimento di 26Al sia responsabile della rifusione e differenziazione di alcuni asteroidi dopo la loro formazione 4,6 miliardi di anni fa.

Nonostante l'alluminio sia il 3º elemento chimico in ordine d'abbondanza sulla crosta terrestre (8,1%), è molto raro in forma libera, per cui in passato era considerato un metallo prezioso, con un valore superiore a quello dell'oro. È quindi relativamente nuovo come metallo industriale e la sua produzione in quantità commerciali avviene da poco più di 200 anni.

Quando venne scoperto l'alluminio era estremamente difficile da separare dalle rocce di cui faceva parte, e poiché si trovava solo legato in qualche composto era l'elemento chimico più difficile da ottenere, nonostante fosse uno dei più abbondanti disponibili sulla Terra.

Il principale minerale d'alluminio è la bauxite: un ossido-idrossido misto di alluminio, dalla composizione molto variabile a seconda dei giacimenti. Può pertanto contenere Al2O3 40-60%, H2O 12-30%, SiO2 1-15%, Fe2O3 7÷30%, altri composti quali ossidi di titanio, vanadio, fosforo, o fluoruri.

L'alluminio è un metallo reattivo e non può essere prodotto dalla bauxite tramite riduzione con carbonio, come si fa con il ferro. Viene invece prodotto con un procedimento a 2 stadi:

  1. Produzione di allumina Al2O3 dalla bauxite (processo Bayer);
  2. Elettrolisi di allumina fusa in criolite(processo di Hall-Héroult).

Attualmente uno dei più grandi produttori di alluminio è il Canada, che grazie ai suoi grandi impianti idroelettrici importa bauxite ed esporta alluminio metallico. Nonostante il costo dell'elettrolisi, l'alluminio è economico e ampiamente utilizzato. L'alluminio può essere estratto anche dall'argilla, ma il processo è costoso.

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