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Alluminio. Elemento chimico di simbolo Al, peso atomico 26,98 e numero atomico 13, appartenente al III gruppo del sistema periodico. È uno degli elementi.

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1 Alluminio

2 Elemento chimico di simbolo Al, peso atomico 26,98 e numero atomico 13, appartenente al III gruppo del sistema periodico. È uno degli elementi più diffusi della litosfera, presente in forma di silicati e di ossidi in molti minerali della crosta terrestre, della quale costituisce circa l'8% in peso; non è stato mai trovato allo stato “nativo”. L'alluminio puro è un metallo dal caratteristico colore bianco argenteo, molto leggero (d=2,70), fonde a 660,2 ºC e bolle a 2056 ºC. L'alluminio presenta una conducibilità elettrica assai elevata, inferiore a quella del rame: per la sua leggerezza (il suo peso specifico è meno di 1/3 di quello del rame), i conduttori elettrici di alluminio presentano, rispetto al peso, una conducibilità elettrica circa doppia di quella del rame e ciò ne ha consentito l'impiego anche nella costruzione di elettrodotti.

3 L'alluminio presenta un'elevata reattività chimica e in particolare un'alta affinità per l'ossigeno che lo porta a combinarsi con esso con grande sviluppo di calore: questa proprietà è utilizzata sia nei processi di alluminotermia, sia nella fabbricazione di esplosivi. Esposto all'aria, si ricopre immediatamente di una sottile pellicola estremamente compatta e aderente di ossido, che protegge il metallo sottostante da un ulteriore attacco atmosferico. Attaccato dall‘acido cloridrico anche diluito con sviluppo di idrogeno e inoltre dalle soluzioni degli idrossidi alcalini nelle quali si discioglie con sviluppo di idrogeno e la formazione di alluminati. Non viene invece attaccato dall‘acido nitrico concentrato, tanto da poter essere impiegato nella costruzione di serbatoi destinati a contenere l'acido stesso

4 I minerali di alluminio sono molto diffusi sulla crosta terrestre. L’alluminio è uno dei costituenti principali della maggior parte delle rocce, sotto forma di silicati: feldspati, miche, argille, che derivano dal disfacimento delle rocce feldspatiche. Per l’estrazione dell’alluminio non è possibile ricorre ai procedimenti metallurgici classici, data la sua elevata affinità con l’ossigeno e il suo carattere elettrochimico. Per questi motivi l’esistenza dell’alluminio è stata ignorata fino ai primi anni dell’Ottocento, quando un chimico tedesco, Andres Marggraf, utilizzò l’allume per ottenere il primo ossido di alluminio, l’allumina, dimostrando così l’esistenza di un nuovo elemento metallico.

5 Negli anni successivi (1825), Hans Cristian Oersted ottenne alcune gocce di alluminio riducendo il cloruro di alluminio con un amalgama di potassio e alcuni anni più tardi Freidirich Wohler usò il potassio metallico come agente riducente. Solamente verso la metà del secolo fu possibile produrre delle piastre sottili evidenziando la leggerezza e la malleabilità di questo metallo.

6 La produzione rimaneva comunque relegata a piccoli laboratori nei quali l’alluminio era ottenuto con procedimenti di riduzione dell’ossido realizzati in crogioli di platino ed utilizzando il potassio, per cui il prezzo del metallo ridotto era elevato, superiore anche a quello dell’oro. Un primo processo di produzione industriale fu sviluppato, dal 1854, da Henri Sainte-Claire Deville che ottenne alluminio riducendo il cloruro di alluminio con sodio. Storicamente l’attuale processo produttivo dell’alluminio è stato definito nel 1886 da Hall, un americano, e da Heroult, francese, i quali separatamente, ma contemporaneamente, idearono un procedimento di riduzione elettrochimica dell’ossido, l’allumina; contemporaneo fu anche il brevetto Bayer per ottenere l’allumina dal minerale, la bauxite.

7 ciclo completo di produzione che già pochi anni dopo raggiunse proporzioni industriali e che è tuttora applicato. Fase chimica: estrazione dell’ossido, l’allumina dalla bauxite che lo contiene sotto forma idrata; Fase elettrochimica: elettrolisi dell’ossido disciolto in un sale (la criolite) fuso.

8 .  1919 Inizia la produzione di tubetti per pomate e dentifricio in alluminio.  1924 Negli USA si effettuano i primi esperimenti per la chiusura delle bottiglie con tappo a vite in alluminio.  1955 Nascono le prime lattine per bevande  1962 Emie Frazie inventa il sistema ‘easy open’ - apertura facilitata con linguetta a strappo.  1978 Negli USA,in nome della salvaguardia dell’ambiente, appaiono le prime lattine ‘Stay on tab’, in cui la linguetta rimane attaccata.  1990 Inizia la produzione di imballaggi per dosi singole e nuove forme di contenitori asettici. ‘Stay on tab’ viene importato in Europa.  1911 Ha inizio l’impiego del foglio sottile per la protezione degli alimenti. Fu impiegato per la prima volta per il confezionamento delle tavolette di cioccolato.

9 I minerali dell’Alluminio A causa della gran reattività, l’alluminio non si trova allo stato nativo, ma spesso legato con l’ossigeno a formare ossidi, idrati e silicati di costituzione assai complessa. Le forme più pure sono le gemme rubino e zaffiro, costituite da ossido Al2O3 con impurità o con difetti del reticolo cristallino che ne provocano la caratteristica colorazione. L’ossido di alluminio impuro, corindone, può essere cristallizzato in belle forme senza però assumere il valore del rubino e dello zaffiro. Cristallizzato in masse di notevoli dimensioni è estratto e utilizzato come abrasivo che va sotto il nome di smeriglio. Il minerale più conveniente per l’estrazione del metallo è la bauxite, un idrato di allumina; altri minerali dai quali è possibile estrarre l’alluminio sono la criolite la leucite, l’alucite e alcuni allumi. Esso è diffuso soprattutto nei feldspati e nelle miche, contenuti in gran quantità nelle rocce eruttive. Nelle rocce sedimentarie si trova in quei minerali che provengono dalla disgregazione delle rocce eruttive: principalmente nei caolini (che provengono dal disfacimento dei feldspati) e nelle argille.

10 La bauxite, che prende il nome della località di Lex Baux in Provenza, dove furono scoperti nel 1821 notevoli giacimenti, è attualmente il minerale alluminifero più importante. E’ una roccia di colore che va dal rosso bruno al giallo costituita principalmente da gibbsite e boehmite, che sono i veri minerali della bauxite, assieme ad altri idrossidi di alluminio, sostanze amorfe e prodotti argillosi, che conferiscono le varie colorazioni. Infatti, la bauxite pura è di colore bianco. La bauxite è il minerale nel quale è possibile trovare la maggior concentrazione di alluminio (65¸85%), se si esclude il corindone (o rubino) da cui, però, non è possibile ricavare il metallo mediante i normali processi di riduzione pirometallurgici, causa l’elevata refrattarietà e l’alta temperatura di fusione. Chimicamente la bauxite è una miscela di ossido di alluminio (dal 50% al 60%), ossido di ferro (dal 10% al 20%) e silice (dal 1% al 10%) e di minori quantità di titanio, zirconio, vanadio ed altri minerali con un contenuto di acqua che varia dal 20 al 30%.

11 E’ presente inoltre come ossido anidro (Al 2 O 3 ) chiamato Corindone Il Corindone può essere variamente colorato per la presenza di ossidi metallici e prende altri nomi : Rosso  Rubino Blu  Zaffiro Arancio  Padparadshah sono possibili sfumature di viola  Ametista orientale verde  Smeraldo orientale Ha una densità vicina a 4 e una durezza uguale a 9, inferiore solo a quella del diamante rosa  Patmaraga giallo  Zaffiro giallo

12 Ulteriore presenza dell’alluminio è nei Feldspati, quale l’Ortoclasio KAlSi 3 O 8 e l’Albite tra i più diffusi e nei cosiddetti alluminosilicati quali: nella criolite (3NaF · AlF 3 ) nell’allume di rocca (KAl(SO 4 ) 2 · 12H 2 O)

13 Processo di produzione dal minerale, la Bauxite dalla rifusione del metallo stesso, ovvero dal riciclo dei rottami di alluminio. L'alluminio si può produrre a partire L'alluminio prodotto a partire dal minerale è detto alluminio primario, quello ottenuto dalla rifusione dei rottami di alluminio, riciclato o secondario.

14 Sono richieste grosse quantità di energia Nonostante il costo dell'elettrolisi, l'alluminio è economico e ampiamente utilizzato. Uno dei più grandi produttori di alluminio è il Canada che esporta alluminio metallico. L’alluminio è ottenuto dal minerale bauxite. Il processo per isolarne il contenuto in alluminio è alquanto complesso e viene completato in due fasi successive: Primo stadio: processo Bayer  purificazione del minerale da cui si ottiene l’allumina (Al 2 O 3 ) Estrazione dell’alluminio Secondo stadio: processo Hall-Hèroult  ottenimento dell'alluminio attraverso l'elettrolisi dell'allumina

15 Il processo Bayer Il processo che permette di ottenere l’allumina pura dalla bauxite è detto processo Bayer e sfrutta il carattere anfotero dell’allumina attraverso un meccanismo di concentrazione per dissoluzione in ambiente basico. Fasi Le diverse fasi che caratterizzano il processo Bayer possono essere schematizzate nel modo seguente: macinazione della bauxite; solubilizzazione ad alte temperature (separazione degli insolubili; riprecipitazione di Al(OH)3 per abbassamento della temperatura; rigenerazione della soluzione; calcinazione.

16 Primo stadio Processo Bayer per l’eliminazione delle impurità (Fe 2 O 3, SiO 2 ): frantumazione ed essiccazione della bauxite La “farina di bauxite” è trattata con NaOH a 175°C. Si ottiene una soluzione di idrossido di alluminio, silicati di sodio, ossido di Fe e Ti insolubili raccolti come “fanghi rossi”. L’idrossido di alluminio viene raccolto per filtrazione, lavato e riscaldato( fase di calcificazione) per formare allumina pura: Al 2 O 3.

17 Elettrolisi: Elettrodi di carbonio. Reazione al catodo (pareti della cella) : Al e - → Al Il metallo di alluminio quindi affonda e viene separato. Reazione all’anodo immerso nella massa fluida: ossidazione dell'ossigeno della bauxite, 2O 2- → O 2 + 2e - O 2 + C → CO 2 Secondo Stadio: processo Hall-Hèroult Schema di cella elettrolitica per la produzione di alluminio: 1) refrattario; 2) crosta solida di allumina e criolite; 3) anodo di carbone; 4) elettrolita fuso; 5) alluminio fuso; 6) suola conduttrice di carbone grafitato Per produrre 1 kg di alluminio si utilizzano 2 kg di allumina e 4 kg di bauxite e sono necessari circa 20 kWh. Ad oggi le riserve di bauxite garantiscono alluminio per oltre 1000 anni. Reazione di elettrolisi: 2Al 2 O 3 + 3C → 4Al + 3CO 2

18 leggero ma resistente agli urti; durevole; resistente alla corrosione, quindi atossico e capace di non alterare il gusto e il colore degli alimenti che contiene; igienicamente sicuro (protegge dalla luce, dall’aria, dall’umidità, dagli odori e dai microrganismi); a-magnetico: non è attratto dalle calamite e perciò si utilizza nella realizzazione di apparecchi come radio, radar e stereo; ottimo conduttore termico; eccellente conduttore elettrico: viene impiegato nei conduttori ad alto voltaggio, dove viene preferito al rame per la sua leggerezza, e nelle filettature delle lampadine; riciclabile al 100%. Proprietà dell’alluminio: Ha aspetto grigio argento a causa del leggero strato di ossidazione che si forma rapidamente quando è esposto all'aria e che previene la corrosione

19 Leghe con piccole quantità di Cu, Mg, Mn, Si e altri elementi prerogative meccaniche di gran lunga superiori ampia gamma di proprietà utili (componenti vitali in campo aeronautico e aerospaziale) Si: migliora la colabilità e riduce il coefficiente di dilatazione Mg: aumenta la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino e in mare Mn: aumenta la resistenza meccanica e alla corrosione Cu: accresce la resistenza meccanica, soprattutto a caldo Zn: soprattutto se associato al magnesio, conferisce una elevata resistenza meccanica Altri elementi quali cromo (resistenza a corrosione), zirconio, vanadio sono usati come correttivi (affinazione grano, bloccaggio di impurità...) ;nichel, titanio e zirconio (p. meccaniche),bismuto, piombo, cadmio e stagno,silicio per scopi particolari. Il ferro, é sempre presente come impurezza. Applicazioni Generalmente l’alluminio richiede l’aggiunta di piccole quantità di altri metalli che ne esaltino determinate proprietà. Qualunque sia la lega il contenuto di alluminio è comunque superiore al 90%. Le riciclabilissime lattine per le bibite, ad esempio, sono fatte con leghe contenenti basse percentuali di magnesio e manganese che migliorano la rigidità e la malleabilità.

20 RI-PRODURRE ALLUMINIO l’alluminio secondario è equivalente al metallo primario ottenuto dal minerale, anche dopo numerosi cicli di vita; il riciclo consente:  recupero di materiale prezioso senza decadimento di qualità;  risparmi dell’energia necessaria alla produzione di primario  Per ricavare dalla bauxite 1 kg di alluminio sono necessari 20 kWh,mentre per ricavare 1 kg di alluminio nuovo da quello usato servono solo 0,7 kWh  riduzione delle emissioni serra;  riduzione delle attività estrattive;  limitazione degli oneri di smaltimento.

21 Dall'alluminio usato se ne può ricavare sempre di nuovo senza dover ricorrere all'estrazione di materia prima. Oggi circa il 30% della produzione mondiale d'alluminio proviene da metallo recuperato Tutti gli oggetti di alluminio che possono essere riutilizzati portano la sigla "AL" oppure "alu". L’alluminio si può riciclare solo se è pulito: corpi estranei come ferro, sostanze sintetiche o sporcizia debbono essere sottratti con un procedimento adeguato, manuale o meccanico.

22 Le fasi del riciclo dell’alluminio Pressatura in balle o paccotti Frantumazione in pezzi di piccole dimensioni Separazione da eventuali parti in materiale magnetico (ferroso) e materiali diversi dall’alluminio(vetro, rame, ecc) (macinazione,separazione gravimetrica ed elettro-magnetica). Trattamento a 500 °C per eliminare vernici o altre sostanze aderenti

23 Le fasi del riciclo dell’alluminio Fusione in forno Degasaggio e filtraggio Colatura in placche Produzione di laminati per formare nuove lattine o altri manufatti L’interesse per l’alluminio selezionato da raccolta differenziata è alto e costante

24 COSA DIFFERENZIARE

25 LO SAPEVATE CHE … cerchione per auto bicicletta completa di accessori. 3 1 paio di occhiali monopattino 37 1 caffettiera OCCORRONO

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