Che cos'è l'alluminio (o allumino)?

L'alluminio è uno dei metalli non ferrosi più utilizzati, ma probabilmente non siete mai entrati in contatto diretto con l'alluminio puro a causa della sua reattività con l'ossigeno e della sua naturale presenza in forma metallica.

La scoperta del processo Hall-Heroult da parte dell'americano Charles Martin Hall e del francese Paul Heroult nel 1886 ha permesso di estrarre il metallo argenteo, morbido e leggero, dal minerale bauxite attraverso questo metodo di estrazione dolce, dando così la possibilità alle persone di vederne l'aspetto!

Origine

L'alluminio, con numero atomico 13, è un elemento relativamente raro e non si trova quasi mai puro in natura, presentandosi tipicamente come ossidi o silicati che devono essere lavorati per ottenere la forma metallica. All'inizio gli scienziati non si rendevano conto che l'allume (solfato di potassio e alluminio), comunemente usato come astringente in medicina, era in realtà composto da composti metallici sconosciuti. Oersted scoprì l'alluminio metallico riducendo l'allumina (ossido di alluminio) con l'amalgama di potassio nel 1825, e il chimico britannico Humphry Davy coniò in seguito il nome di allume, come quello di potassio e sodio. Ma è stato solo quando la produzione commerciale è diventata fattibile alla fine del 1800 che si è cominciato a usare diffusamente il suo nuovo nome.

All'inizio, questo nuovo metallo era così scarso e costoso che pochi lo utilizzavano. All'inizio del 1900, tuttavia, era diventato il metallo non ferroso più utilizzato al mondo. La sua resistenza e leggerezza lo rendono perfetto per il confezionamento di alimenti e bevande o per la costruzione di mezzi di trasporto come automobili, aeroplani e biciclette.

A differenza di altri metalli, l'alluminio è atossico e amagnetico, oltre che resistente alla corrosione e non scintillante, il che lo rende una scelta eccellente per i conduttori elettrici. Inoltre, la sua natura riciclabile lo rende popolare tra i produttori che realizzano prodotti come lattine per bevande o automobili.

Grazie alla sua leggerezza e alla sua durata, l'alluminio è utilizzato in tutti i settori, dalle pentole agli utensili da forno, dalla costruzione di finestre e porte alle applicazioni industriali, dalle carrozzerie delle automobili alle ali degli aerei, fino alla produzione di pellicole e vernici. Il basso prezzo dell'alluminio lo rende un materiale essenziale nelle economie moderne; la sua morbidezza può essere affrontata indurendo l'alluminio con un processo di alluminatura che ne aumenta notevolmente la durata.

Proprietà

L'alluminio (Al) è un metallo argenteo leggero con eccellenti proprietà fisiche e chimiche, tra cui un rapporto forza-peso e una resistenza alla corrosione superiori. Grazie a queste qualità, l'alluminio è diventato il metallo non ferroso più comunemente utilizzato e il metallo riciclabile in generale. Inoltre, l'esclusiva struttura atomica FCC conferisce al metallo diverse caratteristiche fisiche e chimiche uniche.

L'alluminio proviene da due fonti primarie. Il minerale bauxite è la fonte di circa 99% della produzione mondiale di alluminio, formando depositi minerali rosso-bruni composti da vari minerali di ossido di ferro che vengono estratti e lavorati per creare allumina, la forma primaria di alluminio grezzo.

L'allumina (corindone) è un composto naturale di alluminio e ossigeno con un punto di fusione di circa 1.500degC. Quando è presente in soluzione come ioni cationici esaaqua Al3+ può agire come donatore di protoni, idrolizzandosi gradualmente fino a formare alluminato o allumina (Al(OH)3) che precipita dall'acqua dopo che l'idrolisi ha avuto luogo, contribuendo a chiarificare l'acqua attraverso la cosiddetta "raffinazione dell'allumina".

La macinazione dell'allumina fino a ottenere una granulometria estremamente fine ne consente molteplici usi come abrasivo. Può essere utilizzata per rimuovere la ruggine dalle superfici in acciaio, per smerigliare e lucidare i metalli, per filtrare la produzione di acqua potabile a scopo di consumo, per flocculare gli impianti di trattamento delle acque reflue come agente flocculante e per produrre sostanze chimiche come l'idrossido di sodio o l'alcol etilico per i processi produttivi.

L'alluminio e le sue leghe offrono una conducibilità elettrica e termica superiore, oltre a un eccezionale rapporto forza-peso e resistenza alla corrosione, che lo rendono adatto alla realizzazione di forme complesse. La sua superficie altamente riflettente rende l'alluminio lucidato un materiale eccellente da utilizzare per il confezionamento di lattine per alimenti e bevande.

L'alluminio ha una bassa densità, 2,5 volte inferiore a quella dell'acciaio, che lo rende un materiale eccellente per le applicazioni di trasporto e costruzione di edifici. La natura altamente duttile dell'alluminio consente inoltre di formare lastre sottili per usi strutturali, aumentando ulteriormente la sua resistenza alla trazione con l'aggiunta di piccole quantità di magnesio o silicio.

Utilizzi

L'alluminio si trova in numerosi prodotti di consumo, tra cui pentole e lattine per bevande, automobili, aeroplani e materiali da costruzione. L'alluminio ha molte proprietà desiderabili, come la capacità di resistere alla corrosione e la leggerezza; l'atossicità permette di riciclarlo senza perdere le proprietà naturali; la buona conducibilità elettrica permette di modellarlo in varie forme; è inoltre atossico e permette di riutilizzarlo senza perdere la sua integrità di conduttore elettrico, consentendo di modellarlo facilmente.

Oggi sul mercato esistono oltre 100 tipi di leghe di alluminio, ognuna adatta a usi specifici. Tutti iniziano con la bauxite, estratta e trasformata in materiale in polvere chiamato allumina attraverso processi di frantumazione, immersione in acqua ed essiccazione in forno che rimuovono le impurità come l'argilla e la silice, lasciando un materiale in polvere noto come allumina che può essere ulteriormente raffinato attraverso filtri e processi per produrre leghe metalliche più resistenti.

La capacità dell'alluminio di formare leghe consente ai produttori di realizzare una vasta gamma di prodotti. Le leghe vantano inoltre un rapporto resistenza/peso superiore a quello dei metalli puri, rendendole adatte a strutture che devono sostenere carichi pesanti come aerei o veicoli.

Gli allumi sono tra i composti più essenziali dell'alluminio, costituiti da sali doppi con la formula MAL(SO4)2 *12H2O dove M è un qualsiasi catione a carica singola, come K+. Il loro nome deriva dal latino alumen (la forma minerale), mentre più frequentemente l'allume di potassio (KAl(SO4)2 *12H2O) può essere trovato anche tra le altre varianti che contengono ioni sodio, gallio, indio cesio o ammonio.

L'allumina può essere combinata con i solfati per produrre gli allumi, che sono ampiamente utilizzati come agenti sbiancanti e prodotti chimici per la finitura delle superfici nella produzione della carta, e servono anche a chiarificare l'acqua potabile legandosi agli ioni torbidi che contribuiscono alla torbidità.

La resistenza alla corrosione e l'alta conduttività dell'alluminio lo rendono ideale per l'uso nei sistemi elettrici, spesso come sostituzione economica del rame nelle linee di trasmissione ad alta tensione e nei trasformatori. L'alluminio può essere utilizzato anche per realizzare bersagli sputter per la deposizione di film sottili su celle a combustibile, display, LED, dispositivi fotovoltaici o celle fotovoltaiche.

Applicazioni

L'alluminio (o alumin) è un metallo altamente adattabile che può essere combinato con vari elementi per produrre molte sostanze utili. L'alluminio trova applicazione in molti campi: aerospaziale, medico, imballaggio alimentare, ceramica, costruzione di automobili e altro ancora! Grazie al suo elevato rapporto resistenza/peso e alla facilità di lavorazione in forme complesse, è stato a lungo utilizzato nei cavi elettrici come materiale isolante.

La natura fornisce il solfato di alluminio come minerale insolubile noto come "allume". Gli allumi, sali doppi di MAl(SO4)2 * 12H2O con M che è uno tra sodio, potassio, rubidio, cesio o litio, si trovano anche nel terreno e sono comunemente usati per purificare l'acqua come depuratori, mentre puliscono i tessuti e rimuovono le macchie, oltre a essere in grado di ridurre inorganicamente aldeidi e chetoni.

La lega dell'alluminio con altri metalli rende l'alluminio molto più forte, aumentandone la resistenza alla trazione e allo snervamento, nonché la resistenza alla corrosione. L'alluminio è particolarmente utile negli ambienti freddi perché la sua resistenza alla corrosione a bassa temperatura lo rende adatto alle applicazioni criogeniche.

L'alluminio puro è debole ma può essere rafforzato attraverso vari processi di lavorazione a freddo e di trattamento termico, mentre le leghe contenenti rame, magnesio e silicio ne aumentano la resistenza alla trazione e allo snervamento per renderlo più lavorabile.

Le leghe di alluminio della serie 6000, contenenti magnesio e silicio come elementi di lega primari, si distinguono per l'eccellente lavorabilità e la resistenza superiore. Queste proprietà rendono le leghe della serie 7000 particolarmente vantaggiose per i componenti di aerei, automobili e costruzioni che saranno esposti alla corrosione atmosferica. Sebbene siano più difficili da lavorare, la loro eccellente duttilità garantisce un ottimo rapporto resistenza/peso. Sono resistenti alla corrosione e plasmabili, il che le rende il materiale ideale da utilizzare nei blocchi motore e in altre parti che devono dissipare il calore in modo efficiente. Chiamati anche alluminio strutturale, questi materiali possono essere estrusi in forme personalizzate per applicazioni di produzione e costruzione.