La bauxite \u00e8 la materia prima principale utilizzata per la produzione di alluminio. Questo minerale argilloso comprende idrossidi di alluminio come la gibbsite, la boehmite e la diaspora che si sono formati attraverso intensi processi di erosione lateritica.<\/p>\n
Il minerale di bauxite viene prima frantumato e lavato prima di essere sciolto in una soluzione calda di soda caustica, nota come \"bagno verde\". Una volta che questa soluzione verde \u00e8 stata trasferita in alti serbatoi di precipitazione con l'aggiunta di semi di idrossido di alluminio per la precipitazione dell'idrato di allumina solido quando la temperatura si raffredda, i serbatoi di precipitazione possono anche essere utilizzati per accelerare la solidificazione.<\/p>\n
Nei grandi impianti industriali, il Processo Bayer \u00e8 il luogo della magia. \u00c8 qui che la chimica industriale prende forma, trasformando le materie prime in prodotti utili alla societ\u00e0. Questo processo a pi\u00f9 fasi utilizza diverse apparecchiature di filtrazione e separazione e comporta anche problemi ambientali; i suoi sottoprodotti, come i fanghi rossi, richiedono un'attenta gestione prima dello smaltimento.<\/p>\n
Il minerale di bauxite viene lavorato con una soluzione di soda caustica e digerito a pressioni e temperature elevate per estrarre i suoi valori di allumina solubile, creando un liquore di alluminato di sodio diluito e un residuo caustico insolubile noto come fango rosso. Questo materiale refrattario richiede una manipolazione speciale in quanto pu\u00f2 contenere metalli pesanti, composti alcalini e fenolici; da qui la sua classificazione come rifiuto pericoloso da parte degli enti normativi locali.<\/p>\n
La soluzione di soda caustica viene quindi fatta passare attraverso una serie di vasche di precipitazione alte sei piani, dove vengono aggiunti cristalli di idrato di allumina e lasciati crescere, attirando verso di s\u00e9 tutte le molecole d'acqua in soluzione e creando un solido bianco di idrossido di allumina che verr\u00e0 poi utilizzato nel processo di fusione di Hall-Heroult per produrre alluminio metallico.<\/p>\n
L'allumina filtrata e lavata viene poi sottoposta a un ulteriore trattamento per rimuovere eventuali residui di soda caustica e altre impurit\u00e0, prima di essere essiccata e riscaldata per eliminare l'umidit\u00e0 in eccesso causata dalla cristallizzazione attraverso la calcinazione, una fase essenziale.<\/p>\n
L'allumina anidra prodotta durante la sua lavorazione diventa immediatamente pronta per l'uso e viene poi modellata in varie forme utilizzando metodi come la pressatura a secco, la pressatura isostatica, la profilatura, lo stampaggio a iniezione e\/o i processi di colata a scorrimento. Una volta formata, pu\u00f2 essere trasformata in getti in lastre e barre, nonch\u00e9 in materiali isolanti e sigillanti pressati isostaticamente, utilizzati in vari settori industriali; la maggior parte della produzione \u00e8 destinata a scopi metallurgici, mentre la parte restante trova impiego in applicazioni speciali o come prodotto chimico derivato.<\/p>\n
Charles Martin Hall inizi\u00f2 a ricercare metodi di produzione dell'alluminio nel 1880. Egli scopr\u00ec che l'uso della corrente elettrica attraverso l'allumina ne provocava la disgregazione in ossigeno e alluminio metallico; la successiva scoperta di Hall fu che la soluzione di criolite poteva dissolvere questo materiale e rilasciare le sue preziose propriet\u00e0; nacque cos\u00ec il processo elettrolitico di Hall-Heroult, che divenne una via essenziale per la produzione di alluminio primario nel 1908.<\/p>\n
La fusione dell'alluminio richiede quantit\u00e0 costanti ed estese di energia elettrica. Un bagno di criolite deve rimanere a una temperatura operativa ideale per consentirne la produzione continua; l'alluminio in eccesso che si accumula al catodo viene periodicamente travasato e inviato a grandi forni di stoccaggio dove le impurit\u00e0 possono essere rimosse, gli elementi di lega aggiunti e quindi fusi in lingotti.<\/p>\n
Per rendere questo processo economicamente vantaggioso, \u00e8 fondamentale gestire la velocit\u00e0 di alimentazione dell'allumina in un bagno di criolite in modo da mantenere una concentrazione costante all'interno di un intervallo ottimale. Molti fattori, tra cui la dimensione delle particelle e l'agitazione, possono avere un impatto su questo fattore.<\/p>\n
Effettuando un'analisi di diffrazione dei raggi X del bagno di criolite, \u00e8 possibile controllare facilmente le quantit\u00e0 di calcio e magnesio presenti. Purtroppo, per\u00f2, questa tecnica a raggi X soffre di diversi inconvenienti che ne limitano l'accuratezza: tra questi, la difficolt\u00e0 di analizzare il pattern della polvere e la sovrapposizione tra il picco di analisi della criolite semiamorfa NaCaAlF6 con i picchi analitici della chiolite e della weberite; \u00e8 difficile differenziare la neiborite dalla neibourite solo con questo metodo a raggi X!<\/p>\n
Le fonderie utilizzano sistemi di diffrazione ad alta pressione per monitorare accuratamente le temperature del bagno di criolite in tempo reale e prevedere quando si congeler\u00e0 - entrambi componenti essenziali del loro processo. Inoltre, questo sistema \u00e8 in grado di rilevare le impurit\u00e0 di carbonio - che rappresentano un pericolo per la salute dei lavoratori esposti in miniere, fonderie e fabbriche - e le inclusioni di minerali come la pirite o la calcite, che indicano impurit\u00e0 all'interno dell'allumina stessa.<\/p>\n
L'alluminio pu\u00f2 essere estratto (a costi non economici) da alcune argille, ma la maggior parte della produzione deriva dall'estrazione e dalla raffinazione della bauxite in allumina (ossido di alluminio). L'allumina serve quindi come materia prima per la produzione di alluminio metallico; questo processo ad alta intensit\u00e0 energetica utilizza grandi quantit\u00e0 di elettricit\u00e0. Ad oggi, la produzione globale di allumina si sta espandendo rapidamente utilizzando variazioni della tecnologia del processo Bayer (anche se le bauxiti pi\u00f9 difficili, con un elevato contenuto di diaspore, possono richiedere altre variazioni).<\/p>\n
La bauxite finemente macinata viene combinata sotto pressione in digestori con soluzioni calde di soda caustica (NaOH) per dissolvere i suoi minerali contenenti alluminio - gibbsite, bohmite e diaspore - in una soluzione sovrasatura di alluminato di sodio, nota come liquido pregnante. La silice reattiva presente nella soluzione deve essere eliminata attraverso un'ulteriore lavorazione per creare una sospensione di fango rosso, detta anche \"fango di allumina\", prima di essere pompata in dighe sigillate che contengono materiali impermeabili per evitare perdite e contaminazione degli ambienti circostanti.<\/p>\n
Le pentole di riduzione combinano l'allumina (con alcuni avanzi di soda caustica) con il carbonio per formare un elettrolita fuso; una corrente elettrica passa attraverso questo elettrolita, rompendo i legami chimici tra l'alluminio e l'ossigeno nell'allumina, liberando cos\u00ec l'ossigeno, con l'alluminio che alla fine si deposita sul fondo come metallo anodico, mentre il biossido di carbonio sale come metallo catodico.<\/p>\n
Nei recipienti alti del precipitatore, la soluzione di idrato di allumina viene ulteriormente separata dalla soda caustica aggiungendo piccole quantit\u00e0 di polvere di allumina cristallina fine alla soluzione liquida, che la fa precipitare sotto forma di solidi duri di idrato di alluminosilicato che possono poi essere filtrati, lavati ed essiccati in forma di polvere bianca nota come \"allumina calcinata\".<\/p>\n
Questa polvere di allumina pu\u00f2 essere formata in vari prodotti utilizzando diverse tecniche - presse a secco, isostatiche e a caldo, colata a scorrimento o colata a nastro, per esempio - con o senza l'aggiunta di materiali aggiuntivi (leganti o termoplastici) per facilitare la fabbricazione e i processi produttivi, come lo stampaggio a iniezione o la produzione di substrati sottili per circuiti microelettronici. Inoltre, il suo utilizzo come riempitivo contribuisce a migliorare le propriet\u00e0 isolanti della ceramica.<\/p>\n
I residui di bauxite possono essere ulteriormente lavorati con la calcinazione, che prevede l'introduzione in un forno rotante dove vengono esposti ad alte temperature per eliminare l'acqua residua e gli elementi chimicamente legati, producendo una polvere di allumina adatta alla modellazione in forme o all'uso come materia prima in applicazioni ceramiche.<\/p>\n
Le reazioni che generano calore sono catalizzate dalla soda caustica calda (NaOH). Possono essere aggiunti anche reagenti di composizione diversa, ad esempio combinando diaspore e gibbsite, per controllare i profili di temperatura e produrre diversi gradi di allumina.<\/p>\n
Mentre la maggior parte della produzione di allumina \u00e8 destinata alle industrie di fusione dell'alluminio, esiste un mercato significativo per le allumine speciali utilizzate come materiali refrattari e ceramiche tecniche. Questi prodotti speciali sono caratterizzati da strutture cristalline fini con aree superficiali specifiche molto elevate per resistere agli attacchi corrosivi; inoltre, possiedono propriet\u00e0 isolanti, alti livelli di resistenza e stabilit\u00e0 termica che li rendono componenti preziosi per i progetti di costruzione di forni.<\/p>\n
Altre applicazioni dell'allumina includono la fabbricazione di ceramiche come refrattari, abrasivi e supporti per catalizzatori. I leganti possono spesso essere inclusi nella polvere; i materiali termoplastici per le parti stampate a iniezione, ad esempio, vengono riscaldati e mescolati con l'allumina prima di essere bruciati durante i processi di raffreddamento. Un altro uso della fusione a nastro consiste nel miscelarla con un liquido organico per produrre substrati sottili per circuiti microelettronici.<\/p>\n
A differenza di altri materiali ceramici che tendono a essere morbidi e fragili e quindi non possono sopportare sollecitazioni d'urto o di trazione in servizio, l'allumina \u00e8 dura, durevole e ha un basso coefficiente di espansione: qualit\u00e0 ideali per cuscinetti e guarnizioni. Purtroppo, la sua struttura fine pu\u00f2 portare a difetti di indebolimento, come crepe e disintegrazione, se sottoposta a sollecitazioni d'urto o a sforzi di trazione eccessivi.<\/p>\n
La calcinazione \u00e8 un metodo di riscaldamento industriale utilizzato per ottenere la separazione chimica dei materiali solidi vaporizzando l'acqua, volatilizzando i contaminanti e decomponendo le porzioni ossidanti della massa. La calcinazione \u00e8 stata a lungo impiegata come metodo efficiente per la produzione di allumina anidra, per la produzione di pannelli da parete da materiali di scarto del gesso, per l'estrazione di rutilo ad alta purezza dall'anatasio per la produzione di rutilo ad alta purezza e per altri scopi industriali.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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