Tecniche di produzione

20 Settembre 2007

Dalla Bauxite all'allumina
L'alluminio in natura non si
trova mai come metallo ma come componente comune a molti minerali. Nella
bauxite si trova sotto forma di
ossido e rappresenta l'unico minerale da cui l'alluminio puÃ² essere estratto in
modo economico ma, perchÃ¨ essa sia commercialmente sfruttabile deve contenere
almeno il 40% di ossido di alluminio. I giacimenti di bauxite sono localizzati
al 90% nei Paesi della fascia tropicale e subtropicale; la nazione maggior
produttore di bauxite Ã¨ l'Australia.
La bauxite viene estratta principalmente
in superficie e trasformata in allumina all'origine per essere poi avviata agli
impianti elettrolitici in loco o all'estero. Sono necessarie quattro o cinque
tonnellate di minerale per ottenere circa due tonnellate di alluminio.
Nell'ambito del processo Bayer, la
prima tappa di produzione dell'alluminio consiste nell'estrarre idrossido di
alluminio dalla bauxite sotto l'effetto della pressione e della temperatura, con
lo scopo di ottenere allumina
(Al₂O₃) per calcinazione.
La bauxite viene lavata e
sciolta nella soda caustica (idrossido di sodio) ad alta pressione e ad alta
temperatura. Il liquido che ne risulta Ã¨ ricco di alluminati di sodio e di
residui non disciolti bauxite contenenti diversi minerali, i quali si depositano
sul fondo della vasca e vengono asportati. La soluzione chiara di alluminato di
sodio viene pompata all'interno di una vasca molto grande detta "di
decomposizione". Particelle fini di alluminio vengono aggiunte per dare inizio
alla precipitazione di particelle di alluminio pure. Le particelle precipitate
sul fondo della vasca sono asportate e passate attraverso un forno rotante dove,
a 1100Â°C, l'acqua viene rimossa. Il risultato di questa operazione Ã¨ una polvere
bianca: l'allumina allo stato puro. La soda caustica viene rimandata indietro,
all'inizio del procedimento, e riutilizzata.

Dall'allumina all'alluminio
La temperatura di fusione
dell'allumina Ã¨ molto elevata (circa 2000Â°C) perciÃ² il processo comincia, in un
contenitore di acciaio rivestito di carbonio o di grafite, sciogliendo
l'allumina a circa 950Â°, in una soluzione di criolite fusa (Na₃AlF₆), un
fluoruro naturale di alluminio e sodio, che fonde molto facilmente. Una corrente
elettrica continua a basso voltaggio ma ad alta intensitÃ - 150000 A -
attraversa la soluzione elettrolitica tra un anodo di carbonio, che si consuma
durante il processo, composto di carbon coke e di pece, e un catodo (eletrodo
negativo) permanente formato dal carbonio o dalla grafite spessa che riveste la
vasca. Questa corrente ha per effetto la decomposizione della soluzione in
alluminio e ossigeno il quale, trasferendosi verso l'elettrodo di carbonio, si
trasforma in ossido (CO) e biossido di carbonio (CO₂).
L'alluminio
fuso si deposita sul fondo del contenitore e viene aspirato a intervalli
regolari; la sua purezza viene generalmente stimata intorno al 99,7% con il
restante 0,3% consistente in tracce di ferro, silicio e altri elementi.
L'alluminio liquido viene prelevato tramite un crogiuolo e portato in fonderia,
messo in un forno detto "di mantenimento", pulito, degasato, solidificato e
generalmente colato in lingotti o in blocchi destinati alla rifusione.
L'alluminio puro viene inoltre mescolato con altri metalli per produrre leghe,
colate in lingotti, in billette cilindriche destinate all'estrusione o alla
forgiatura, o in lamine su nastri trasportatori, secondo il processo
semicontinuo che vede il getto raffreddato direttamente.

La formatura del materiale
I prodotti cosÃ¬ ottenuti
vengono diretti verso le presse di estrusione e i laminatoi per la produzione di
prodotti semifiniti secondo i tre principali metodi di lavorazione dei
metalli.
La laminatura permette di ottenere lamiere o lastre
di alluminio: uscita dalla prima fusione o dal riciclaggio, la piastra
d'alluminio subisce una prima laminatura a caldo e poi una a freddo, operazioni
che permettono di raggiungere, nel prodotto, spessori fino ai
6Âµm.
L'estrusione Ã¨ un processo che porta alla creazione di
profilati con sezioni e forme varie. Le billette d'alluminio sono estruse
attraverso una filiera per effetto di una pressa idraulica e il risultante,
profilati anche di 50 m., puÃ² essere utilizzato in grandi lunghezze o tagliato
secondo dimensioni minori. Il medesimo processo si applica anche alle leghe di
alluminio, applicando pressione alla billetta ad una temperatura di 450Â°C Ã¨
possibile far assumere la sezione desiderata.
La fusione Ã¨
classificabile in due categorie: colata in lingotti o colata in forme. Nel primo
caso l'alluminio viene colato in lingotti o billette, poi ulteriormente
trasformati in prodotti finiti o semifiniti mentre il secondo processo viene
utilizzato in fonderia per la produzione di elementi colati modellati. I getti
in forma sono di due tipi, in sabbia o a secco; quest'ultimo puÃ² avvenire
secondo molte varianti: ad alta o bassa pressione, per gravitÃ , sotto vuoto, per
chiusura.
La lavorazione termina con il trattamento
superficiale che modifica l'aspetto del metallo e lo preserva dalla
corrosione con operazioni quali la prelaccatura in cui si applica una lacca liquida
prima della messa in forma definitiva dellaÂ lamina; l'anodizzazione, trattamento elettrolitico che puÃ²
dare aspetto satinato, brillante e colorato; la termolaccatura, applicazione sotto l'azione del
calore di una pittura in polvere, a base di PVC, di poliesteri o poliuretani, di
PVDF (polivinili difluorati).

L'automatizzazione del processo industriale si sviluppa in un ciclo a tre
fasi principali: pulizia, comprendente tutte le sottofasi di
lavaggio basico e/o acido e i risciacqui in acqua calda e fredda;
anodizzazione, processo di protezione superficiale a base di
acido solforico che puÃ² essere ulteriormente colorato con prodotti organici o
deposizioni di metalli; post-processing, con le due sottofasi
della sigillazione, cioÃ¨ immersioni
in acqua calda e fredda per "idratare" l'allumina superficiale, chiudere le
porositÃ , rendere omogeneo e impermeabile il metallo, e dell'elettrocolorazione.