ALLUMINIO

ALLUMINIO (II, p. 561)

Generalità e cenni storici. - L'alluminio è, dopo l'ossigeno e il silicio, l'elemento più diffuso sulla crosta terrestre, di cui esso rappresenta all'incirca il 7,3%. Non si trova però mai allo stato libero, ma sempre allo stato di combinazione. È stato per la prima volta isolato allo stato di metallo impuro quasi contemporaneamente da Oersted in Inghilterra e da Wöhler in Germania nel 1827, trattando il cloruro di alluminio con potassio. Saint-Claire Deville dal 1854 al 1857 ne realizzò la separazione mediante il processo per via termochimica, trattando il cloruro di alluminio con sodio, poi sostituendo al cloruro semplice il cloruro doppio di alluminio e di sodio, facilitando poi la reazione con aggiunta di criolite (fluoruro doppio di alluminio e sodio). Egli dimostrò anche sperimentalmente di poter ottenere metallo puro dall'elettrolisi dell'allumina pura in bagno di fluoruri. Ma solo più tardi, nel 1888, i perfezionamenti apportati alla dinamo consentirono a Héroult in Francia, e quasi contemporaneamente a Hall in America, di immaginare il tipo di forno elettrolitico che nelle sue linee essenziali è ancor oggi quello impiegato industrialmente nell'elettrolisi dell'allumina per la produzione del metallo.

Caratteristiche. - Le caratteristiche del metallo variano notevolmente secondo il contenuto di impurità. Quelle che seguono sono riferite a metallo normale titolo 99,6%.

Impurità principali dell'alluminio sono il ferro e il silicio, che provengono dal minerale e dalle altre materie prime impiegate nell'elettrolisi (criolite, anodi); impurità secondarie sono rame, zinco, titanio, vanadio (il titanio costituisce un'impurità caratteristica del metallo prodotto con allumina Haglund circa 0,12%; esso nuoce alla conducibilità elettrica, ma giova alla laminazione e in fonderia, affinando la struttura cristallina).

Aspetto. - L'alluminio è un metallo bianco argenteo lucente, suscettibile di lucidatura speculare; in via normale leggermente opaco per effetto di una sottilissima pellicola di ossido di cui si riveste immediatamente a contatto dell'aria, allo stato sia liquido sia solido.

Peso. - Altra caratteristica essenziale è la leggerezza che ne fa il metallo per eccellenza dell'aviazione; è infatti, dopo il magnesio, il metallo industriale più leggiero: il suo peso specifico a 0° è di 2,70, e quindi circa ⅓ di quello dell'acciaio e del rame; a 400° è 2,67; a 700° (liquido) è 2,37; a 1000° è 2,29; nel metallo lavorato (laminazione, pressatura) può raggiungere 2,79. Peso atomico: 26,98.

Proprietà termiche. - Punto di fusione 658°,7; punto di ebollizione superiore a 1800°; esso è pertanto stabilissimo anche allo stato fuso. Calore latente di fusione: 9495 cal./gr. Ritiro lineare: 1,7 ÷ 1,8%. Coefficiente dl dilatazione lineare fra 0° e 100°: 0,0000238. Calore specifico (da 20° a 100°): 0,217 cal./gr. Conducibilità termica notevole: 0,50 cal./cm. sec. °C. Aumento di volume dallo stato solido allo stato liquido: circa 6,5% (quindi corrispondente diminuzione della densità). Potere emissivo della lamiera lucidata rispetto al corpo nero, assunto come unità: 0,06 (debolissimo).

Proprietà ottiche. - Potere riflettente: 83% per la lunghezza d'onda corrispondente a quella della luce bianca; aumenta col crescere della lunghezza d'onda. Per lunghezze d'onda elevatissime (onde calorifiche), il potere riflettente è altissimo.

Proprietà elettriche. - Conducibilità elettrica a 20°: 35 ÷ 35,75 m./ohm mmq. (crudo ÷ ricotto). Resistenza elettrica specifica 0,0280 ÷ 0,0286 ohm mmq./m. (ricotto ÷ crudo).

Tali caratteristiche dipendono altresì dalla temperatura, dalla pressione e dal previo trattamento meccanico e termico. Come conduttore elettrico è al 4° posto dopo l'argento, il rame e l'oro.

La formazione del cristallo misto Al-Si e Al-Ti dovuto alle impurità diminuisce la conducibilità elettrica.

Ricuocendo fra 250° e 350° si separa il Si libero e aumenta la conducibil ità.

La conducibilità diminuisce sensibilmente con l'aumentare della temperatura: a 100° si ha 26,5 ÷ 27,5.

Nella formula che determina la resistività R_t = R₀ (1 + α t), α (coefficiente di temperatura a 0°) è 0,004.

Suscettività magnetica a 15°: 0,65•10^-6.

Equivalente elettrochimico: 0,3354 gr. per amp./ora.

Proprietà meccaniche. - L'alluminio puro ha debole resistenza meccanica, ma grande duttilità, che per metallo a titolo elevatissimo di purezza (99,99%) si avvicina a quella dello stagno.

In grazia di tale duttilità, che aumenta a caldo, l'alluminio si presta alle più svariate lavorazioni (laminazione, trafila, pressatura) per produzione di lamiere, carte, polveri, tubi flessibili e pezzi profondamente stampati.

Proprietà di costituire leghe con altro metallo. - Le caratteristiche meccaniche di cui sopra devono intendersi approssimate perché variano in ragione della maggiore o minore purezza del metallo e quindi delle impurità contenute. Esse possono essere anzi larghissimamente variate e grandemente migliorate con l'aggiunta di determinate quantità di altri metalli in lega.

La proprietà di prestarsi a costituire con altri metalli una svariatissima gamma di leghe metalliche a svariatissime caratteristiche, pur mantenendo pressoché inalterato il suo peso specifico, è indubitatamente la più peculiare e importante caratteristica a cui l'alluminio deve il suo odierno grandioso sviluppo.

Proprietà chimiche. - È inalterabile all'aria nelle ordinarie condizioni, per effetto della sottilissima pellicola di ossido di cui si ricopre immediatamente al contatto dell'aria per effetto della sua affinità con l'ossigeno (passivazione), allo stato sia liquido sia solido. Tale pellicola estremamente sottile, trasparente e aderente, impermeabile, lo protegge dall'ulteriore attacco degli agenti atmosferici.

Non resiste lungamente alla corrosione se in ambiente alcalino o in contatto con soluzioni saline; è infatti attaccato con grande facilità da soluzioni di sali di sodio. La corrosione dà luogo a pustole di ossido che, distrutta la pellicola protettrice, si estendono in superficie e in profondità; la corrosione è fenomeno di natura elettrolitica, dovuto alle impurità: l'alluminio ad altissimo titolo di purezza resiste assai meglio alla corrosione, anche in ambiente alcalino; tanto meno resiste per presenza di metalli in lega quali il rame e lo zinco; alcuni metalli aumentano invece la resistenza alla corrosione (Mn, Sb). In contatto con metalli più elettropositivi, come il ferro e il rame, dà luogo a corrosioni localizzate nei punti di contatto per formazione di coppie elettrogalvaniche. La corrosione aumenta con la temperatura.

Per il comportamento dell'alluminio in presenza di altri composti, v. oltre: "Applicazioni: Industria chimica".

Minerali di alluminio. - Bauxiti. - La bauxite è tuttora il minerale esclusivamente usato per la produzione dell'alluminio, malgrado gl'interessanti risultati industriali conseguiti per l'estrazione dalle leuciti e le attive ricerche per l'estrazione dalle argille.

La bauxite (deriva il suo nome da Le Baux in Francia, dove la prima volta ne furono individuati vasti giacimenti) è un ossido idrato di alluminio accompagnato da ossidi di altri metalli: ferro, silicio, titanio; talvolta più raramente zolfo, vanadio, fosforo, arsenico. Varie specie di bauxite esistono in natura: rossa, gialla, bianca e grigia; le qualità più adatte per la produzione di alluminio sono la rossa e la gialla con basso tenore di silice.

Nei processi elettrotermici di preparazione dell'allumina al forno elettrico sono tollerati tenori di silice anche intorno al 5 ÷ 6%; nel processo classico Bayer alcalino, oggi quasi generalmente usato, si desidera un contenuto di silice inferiore al 3%, in quanto che la silice, dando luogo alla formazione di silicoalluminato sodico insolubile, costituisce una perdita di allumina e di soda.

L'analisi media di bauxite adatta alla produzione di allumina è la seguente, su campione essiccato per un'ora a 105°: allumina 57 ÷ 58%; silice 2 ÷ 3%; ossido di ferro 23 ÷ 24%; ossido di titanio 2 ÷ 3%; acqua di combinazione 10 ÷ 13%.

Le bauxiti non sono molto diffuse in Europa: i principali giacimenti sono nel bacino del Mediterraneo e in Ungheria; per ordine d'importanza vengono prima i giacimenti francesi (~ 100 milioni di tonn.), di ottima bauxite a elevato tenore di allumina (~ 60%) e basso di silice (~ 2%).

In Italia, i giacimenti più importanti sono quelli dell'Istria, con circa 15 milioni di tonn. di materiale accertato, di cui almeno la metà di ottima qualità (con Al₂O₃-fino al 60% e SiO₂ inferiore al 3%). Nell'Appennino centrale, in Abruzzo, si valuta un'esistenza di 5 ÷ 6 milioni di tonn. In Puglia, presso il promontorio del Gargano, senza disporre di sicuri accertamenti, si valuta all'incirca un'esistenza intorno ai 10 milioni di tonn. Nel Goriziano sono stati recentemente scoperti importanti giacimenti, ma di qualità non economicamente adoperabile con gli attuali processi di produzione. Il tonnellaggio fino ad oggi accertato di ottima bauxite, impiegabile economicamente col procedimento alcalino Bayer, si aggira intorno ai 9 milioni di tonn. pari a oltre 2 milioni di tonnellate di metallo. La capacità produttiva dell'Istria è oggi di circa 250 ÷ 300.000 tonn. annue di cui circa la metà esportate.

Nel 1937 la produzione italiana è stata di 340 migliaia di tonn. L'esportazione di bauxite dall'Italia è stata (in migliaia di tonn.): nel 1935 di 116; nel 1936 di 161; nel 1937 di 200.

Leuciti. - Le leuciti costituiscono una riserva inesauribile nelle regioni vulcaniche dell'Italia centrale. Sono composte essenzialmente di allumina e ossido di potassio racchiusi in una ganga silicea.

Sono tecnicamente a punto procedimenti per la produzione contemporanea di allumina e potassa secondo il procedimento Blanc originale e modificato. Sennonché i progressi economici realizzati nel frattempo col procedimento Bayer hanno arrestato lo sviluppo del procedimento delle leuciti, in cui l'economia del ricavo dell'allumina è strettamente legata al ricavo ottenibile dai fertilizzanti potassici.

Argille. - In Germania è stato recentemente messo a punto un procedimento per l'estrazione dell'allumina dalle argille ad alto contenuto in Al₂O₃ (> 25%), ciò che potrà rendere indipendente il paese dall'importazione di bauxiti francese, italiana e ungherese.

Altre materie prime per la produzione industriale dell'alluminio. - La criolite costituisce l'elettrolita e il solvente dell'allumina. Si trova allo stato naturale solo nella Groenlandia; viene importata in regime di monopolio dalla Danimarca che, dopo averla depurata e raffinata, la distribuisce all'industria mondiale dell'alluminio.

La criolite si può produrre artificialmente: in Italia si possono impiegare allo scopo sia le fluoriti (CaF₂) dell'Alto Adige per produrre acido fluoridrico e con esso i fluoruri di sodio e di alluminio costituenti la criolite, sia le soluzioni diluite di acido fluosilicico residuate dalle fabhriche di supersfosfati, sia i gas che si sviluppano duiante l'elettrolisi.

L'analisi di una buona criolite adatta alla produzione di alluminio è mediamente la seguente:

La produzione italiana di criolite artificiale è oggi solo di 800 tonn. contro un consumo interno più che doppio e che raggiungerà le 3000 tonn. nel 1940. Sono però in corso iniziative per sopperire al prevedibile fabbisogno. (V. criolite, XI, p. 906 e App.).

Gli anodi sono di coke speciale ad alto titolo di purezza con un minimo contenuto di ceneri e di materie volatili. L'analisi percentuale è all'incirca la seguente: ceneri 0,40 ÷ 0,90; mat. vol. 0,50 ÷ 0,65; zolfo 0,65; Fe₂O₃ o,28; SiO₂ 0,23; carbonio fisso 97 ÷ 98.

Per ottenere tali requisiti di purezza si impiega pertanto o il coke di petrolio residuato dalle operazioni di cracking delle raffinerie di nafta o il coke di pece ottenuto mediante la cokizzazione della pece, sottoprodotto delle cokerie. Tanto l'uno che l'altro dei due coke debbono esser sottoposti a una preventiva calcinazione per ridurre le materie volatili dal 15 al 0,5%. Per la lavorazione degli anodi, v. lo schema della fig. 1.

A differenza di quanto avviene negli ordinarî forni elettrici (carburo di calcio, ferro-leghe), l'anodo nell'elettrolisi dell'alluminio non trasporta soltanto la corrente, ma partecipa alla reazione di riduzione determinata dall'elettrolisi, mediante la quale l'ossigeno dell'Al₂O₃ si combina con il carbonio degli anodi con conseguente formazione di CO₂. Il consumo è perciò ragguardevole: esso oscilla fra il 60 e il 65% del peso di metallo prodotto e quindi il loro costo incide in modo sensibile sul costo del metallo.

Oggi si impiegano talvolta forni elettrolitici per alluminio ad anodo unico autocuocente (tipo Soderberg) in sostituzione degli anodi cotti in precedenza.

L'energia elettrica necessaria alla produzione del metallo. - L'energia elettrica è la chiave di vòlta economica dell'industria dell'alluminio; basti pensare che per produrre un chilo di metallo occorrono da 26 a 30 kWh. in corrente alternata calcolata in fabbrica. Occorrono quindi all'industria grandi impianti idroelettrici a deflusso sufficientemente regolato, capaci di erogare energia a bassissimo costo. Gl'impianti di elettrolisi per la produzione del metallo si trovano perciò generalmentc in prossimità delle sorgenti di energia, sia per evitare costose linee di trasporto, sia per eliminare le forti perdite di energia dovute alle perdite di linea, alla trasformazione e alla conversione della corrente alternata in continua. Così generalmente in Italia, Francia, Inghilterra, Norvegia e America. In Germania alcune fabbriche sono sorte in prossimità di miniere di lignite che viene bruciata sul posto per produzione diretta di energia a corrente continua; in simili casi le turbine idrauliche o a vapore sono direttamente accoppiate con le dinamo, e queste alimentano direttamente le batterie di forni. Queste possono esser costituite da un numero variabile di forni a seconda della tensione disponibile alla macchina generatrice (dinamo, gruppo convertitore o raddrizzatore a vapori di mercurio). Si ritiene oggi che un massimo di tensione che non k prudente oltrepassare sia fra gli 800 e gli 850 volt, ciò che consente di avere batteiie di 140 e 160 forni in serie. Maggiori tensioni possono presentare difficoltà d'isolazione.

Consuvio di energia richiesto dall'elettrolisi. - Il consumo di energia elettrica per kg. di metallo prodotto diminuisce con l'aumentare dell'amperaggio dei forni; così oggi l'industria si orienta verso le unità a forte amperaggio da 30.000 amp. a 40.000 e anche oltre, nelle quali il consumo specifico di energia da 23 ÷ 24 kWh. in corr. continua scende a 19 ÷ 20.

Aumentando peraltro l'amperaggio e quindi le dimensioni del forno oltre certi limiti aumentano le difficoltà costruttive del fondo (parte catodica), il cui costo aumenta pertanto sensibilmente venendo così ad attenuare o ad annullare il vantaggio dovuto al risparmio di corrente.

Il collegamento elettrico di una serie di forni col relativo macchinario è dato dallo schema in figura 2.

Il consumo di energia è determinato dalla legge di Faraday e dalla legge di Thomson.

Secondo la legge Faraday la produzione oraria P di metallo durante l'elettrolisi è data da P = AKη, ove A è l'intensità della corrente in ampere; K l'equivalente elettrochimico per l'alluminio, cioè il quantitativo in grammi liberato da 1 amp. ora = 0,3365; η il rendimento di corrente che oscilla fra 0,75 e 0,85.

Per un forno da 25.000 amp., ad es., si ha così: P = circa 7 kg•/ora.

La tensione teorica richiesta dall'elettrolisi è regolata dalla legge di Thomson:

dove: E = forza elettromotrice in volt richiesta dalla decomposizione dell Al₂O₃; N = calorie di formazione della molecol di Al₂O₃ (= 380.000). V = valenze disponibili dell'alluminio nella molecola di Al₂O₃, (= 6);

rapporto fra la quantità di elettricità richiesta per la separazione di 1 gr. equivalente di qualsiasi elemento (= 1 faraday) e numero dei watt/sec. equivalenti a 1 grande caloria; da cui si deduce E = 2,74 volt, che rappresenta la tensione teorica necessaria alla dissociazione elettrolitica dell'allumina.

Ma poiché l'ossigeno dell'allumina, combinandosi col caibonio degli anodi, dà luogo alla formazione di CO + CO2 con reazione esotermica, si ha, secondo Treadwell, una contro-tensione valutabile in 1,07 volt; così che in definitiva si avrebbe come tensione teorica

In realtà i forni di alluminio richiedono una tensione da 5 a 7 volt, dei quali assorbiti: 1,75 dal lavoro elettrochimico di dissociazione elettrolitica dell'allumina; 0,8 ÷ 1,25 dal circuito elettrico e nei contatti varî; 1,8 ÷ 2 dalla resistenza elettrica dello spessore del bagno stesso; o,65 ÷ 2 dalle perdite varie di calore e per riscaldare gli elementi introdotti nel bagno.

Poiché l'intensità di corrente richiesta per separare in un'ora un kg. di alluminio è 1000/0,3365 = circa 3000 amp., si ha che il lavoro teorico in kWh. sarà espresso da:

In linea pratica il consumo di energia varia invece, come si è visto, fra i 19 e i 24 kWh. (corrente continua), secondo il maggiore o minore rendimento termico del forno, per kg. di metallo; con un rendimento globale medio perciò che si può considerare variabile dal 22 al 28% circa.

È ingente quindi il quantitativo di energia assorbito nella generazione di calore per mantenere in fusione l'elettrolita e per riscaldare gl'ingredienti del bagno alla temperatura di 1000°, per compensare le perdite varie inerenti al rendimento elettrochimico della corrente, al rendimento elettrico dei circuiti, dei contatti, ecc., al rendimento termico del forno (perdite di calore per convezione, irradiazione, ecc.).

Se si ammette per il rendimento elettrochimico della corrente un valore = 0,85 e per quello elettrico dei circuiti 0,70 ÷ 0,80, ne deriva un rendimento termico da o,35 a 0,45, ciò che dimostra come il maggior consumo di energia sia dovuto alle varie forme di perdita di calore per mantenere il bagno alla temperatura di elettrolisi.

Ciclo di produzione. - Il ciclo di produzione consta di due fasi distinte: A) estrazione dell'allumina (ossido di alluminio) dalle bauxiti (o dalle leuciti); B) riduzione elettrolitica dell'allumina in alluminio al forno elettrico.

Procedimenti di estrazione dell'allumina. - I processi essenziali di estrazione dell'allumina dalle bauxiti si possono dividere in elettrotermici e chimici. Con i primi il minerale viene trattato nei forni elettrici con minerale di ferro e coke (processo Haglund) oppure con minerale di ferro e calce (Pedersen); con i secondi, invece, il minerale è trattato con soda caustica in autoclavi (Bayer) oppure con carbonato di soda e calce in forni rotativi (Pechiney-I7eville). Con i procedimenti elettrotermici si tende a sostituire il combustibile richiesto dai procedimenti chimici con l'energia elettrica: con essi è possibile impiegare bauxiti a elevato tenore di silice (più del 3% e fino al 6%), ciò che diminuisce sensibilmente il prezzo della bauxite; è poi possibile ricuperare in forma commerciale il ferro contenuto come ossido nella bauxite; l'allumina Haglund è però meno pura e meno solubile nel bagno elettrolitico, così che richiede maggior quantità di energia per essere decomposta. I processi elettrotermici Lonvengono quando si abbiano disponibili larghi contingenti di energia a prezzo molto basso.

In Italia si sono fino ad oggi impiegati per la produzione di allumina dalle bauxiti il procedimento Haglund (elettrotermico) e quello Bayer (chimico). In Norvegia viene anche impiegato il procedimento elettrotermico Pedersen. In Francia e in Germania è anche impiegato, in qualche impianto, il processo Pechiney Déville, che costituisce una variante al processo Bayer classico.

Processo elettrotermico Haglund (v. fig. 3). La bauxite macinata e agglomerata con il 10% di carbone granulato in impianti di sinteraggio (agglomerazione tipo Greenawalt o Allmänna o Dwigt-Lloyd: v. agglomerazione, App.), in parte compressa in bricchette con polvere di ferro metallico, viene introdotta nel forno elettrico con pirite e coke in pezzi. Si forma solfuro di ferro dal bisolfuro delle piriti e dal ferro metallico:

Tale solfuro agisce nel forno nel senso di abbassare la temperatura di fusione dell'ossido di alluminio da 2200° a 1500°; gli ossidi metallici Fe₂O₃, SiO₂, TiO₂, vengono ridotti dal carbone e formano una ferrolega che per maggior peso specifico si raccoglie sul fondo del forno. Contemporaneamente alla prima reazione, il solfuro ferroso reagisce con l'alluminio formando solfuro di alluminio che agisce da fondente e da solvente del residuo ossido di alluminio della bauxite e forma una scoria fluidissima

che galleggia sulla ferrolega:

La scoria solfuro + ossido si spilla separatamente dalla ferrolega; si raffredda, si frantuma, si macina e si liscivia con acqua e vapore; in tal modo il solfuro di alluminio si decompone in idrossido e idrogeno solforato, mentre l'ossido si separa in forma di sabbia (cristalli):

Dal miscuglio ossido-idrossido si separa l'ossido e l'idrossido; il primo, depurato mediante separazione magnetica dalle tracce di ferro metallico, viene ripetutamente lavato con acido solforico diluito e con acqua, quindi essiccato e macinato fi n issimamente.

Dall'H₂S si ricupera per combustione o per sublimazione zolfo purissimo (40 kg. circa per tonn. di allumina prodotta).

La ferrolega (400 kg. per tonn. di allumina prodotta) è suscettibile di raffinazione al forno elettrico Héroult. Il consumo per tonn. di prodotto finito è da ritenersi all'incirca di 2100 kg. di bauxite; 400 kg. di carbone coke; 400 kg. di pirite; 4800 kWh.; piccola quantità di acido solforico per i lavaggi.

Processo elettrotermico Pedersen. - Il processo Pedersen (fig. 4) tratta invece al forno elettrico bauxite, minerale di ferro e calce. La scoria è costituita in questo caso da alluminati di calcio, mentre si separa come sopra la ferrolega, più pura che nel processo Haglund perché immune da zolfo.

La scoria di alluminato di calcio viene attaccata con soluzione calda di soda dando luogo a formazione di alluminato di sodio solubile e carbonato di calcio insolubile; la soluzione di alluminato di sodio filtrata si idrolizza a idrato di alluminio per carbonatazione con CO₂ proveniente dai forni di calcinazione dell'idrato; l'idrato si calcina poi in forni rotativi.

Processo Bayer classico (fig. 5). - La bauxite grezza viene frantumata a grossezza di noce, talvolta arrostita per l'eliminazione di sostanze organiche; quindi più o meno finemente macinata viene introdotta in recipienti mescolatori con soluzione concentrata di soda caustica (concentrazionc da 35° a 42° Bé secondo i sistemi di lavorazione); la miscela viene poi immessa in autoclavi riscaldati da serpentini o camicia di vapore; l'attacco si opera a una temperatura da 160° a 200° e con pressione da 6 a 12 atm. L'ossido di alluminio reagisce con la soda caustica formando alluminato di sodio.

La scarica degli autoclavi si diluisco fino a un peso specifico di 1,23 e si filtra o in filtri pressa (23 ÷ 24° Bé a 60°) o in apparecchi decantatori Dorr (21 ÷ 22° Bé a 100°). Si separa la soluzione limpida di alluminato sodico dai residui insoluti (= fanghi rossi, costituiti da Fe₂O₃, silico-alluminato sodico, composti di titanio, ecc.).

La soluzione limpida di alluminato, portata fra i 35° e i 40°, viene pompata in grandi recipienti decompositori, nei quali è tenuta in lenta agitazione per un periodo da 90 a 120 ore, in presenza di un certo quantitativo di idrato di alluminio proveniente da precedenti operazioni e funzionante da innesco. Per idrolisi la soluzione di alluminato lascia decomporre da 50 a 60 gr. litro di Al₂O₃ sotto forma di idrato Al (OH)₃. La liscivia con l'idrato in sospensione viene filtrata: la parte limpida contenente ancora Al₂O₃ in soluzione (21° Bé) viene inviata alla concentrazione, mentre sui filtri si separa l'idrato che, accuratamente lavato, viene successivamente calcinato in forni rotativi simili a quelli da cemento; in essi a una temperatura di circa 1200° l'idrato perde l'umidità e l'acqua di composizione (36%), trasformandosi in ossido anidro (Al₂O₃).

Le soluzioni residue dalla filtrazione bianca (così chiamata questa seconda per distinguerla dalla prima, detta filtrazione rossa, in quanto separa i fanghi rossi) vengono concentrate in impianti a triplice o quadruplice effetto, simili a quelli impiegati nella concentrazione delle melasse nell'industria dello zucchero; la concentrazione può esser effettuata o esclusivamente a vapore o con l'impiego della termocompressione, nel qual caso il consumo di vapore e quindi di combustibile si riduce a circa il 30%, essendo sostituito dall'energia elettrica richiesta dai turbo-compressori.

Le perdite di soda (nei fanghi rossi, nei lavaggi, ecc.) vengono reintegrate con l'aggiunta di soda caustica negli autoclavi. Generalmente gl'impianti di allumina, anziché soda caustica, acquistano per la reintegrazione, carbonato di sodio, che in appositi impianti viene caustificato con calce a soda caustica. I consumi per tonn. di prodotto sono all'incirca: 2200 kg. di bauxite grezza; 1500 kg. di carbone e 100 kg. di soda caustica, oltre ad altro materiale, come calce, tele da filtri, ecc.

Processo Pechiney-Deville (detto anche pirogenico). - La bauxite arrostita e macinata finemente viene mescolata con carbonato di sodio e calce; la miscela si calcina a 1200° in grandi forni rotativi. Si forma essenzialmente alluminato sodico, ferrito sodico, silicato di calcio con sviluppo di CO₂; la massa fusa uscente dal forno, macinata finemente, viene lisciviaia con soluzioni molto diluite di soda residuate che ritornano in ciclo da precedenti lavaggi; la soluzione di alluminato sodico si separa dal residuo insolubile (fanghi rossi) per filtrazione e, sottoposta a carbonatazione con CO₂ proveniente dal forno, si decompone per idr0lisi in idrato di alluminio, che decanta, e soluzione sodica. La soda o si elimina dal ciclo come carbonato sodico cristallizzato che si mette in commercio o viene rimessa in ciclo; il resto del procedimento è identico al Bayer classico.

Processo Blanc dalle leuciti. - Secondo il procedimento della Soc. Italiana Potassa dovuto al Blanc (fig. 6), la roccia basalto-leucitica, attraverso operazioni di progressiva frantumazione e successivo arricchimento elettromagnetico, viene liberata dalla ganga, ottenendosi così un prodotto costituito per il 90-95% da leucite e contenente in media: Al₂O₃ 23%, K₂O 18%, SiO₂ 55%.

Il materiale così arricchito viene sottoposto in apparecchi a circolazione ad attacco con soluzione di acido nitrico.

I granuli di leucite vengono a questo modo gradualmente esauriti dal contenuto di allumina e potassa che passano in soluzione, mentre residua insoluto il supporto di silice che si trasforma in granuli spugnosi di idrogel insolubile. Questo supporto gode della proprietà di fissare tutta la silice che durante il processo di attacco passa in soluzione allo stato colloidale. Si ottiene cosi una soluzione dei nitrati di alluminio e potassio priva di ogni contenuto apprezzabile di silice.

La soluzione viene addizionata con quantità di acido nitrico tale che, pur tenendo disciolto tutto il nitrato potassico, faccia precipitare il nitrato di alluminio perché pochissimo solubile in tale ambiente.

Si separa il precipitato cristallino e si fa passare il liquido agli evaporatori per separarne il nitrato potassico. L'acido che distilla viene rimesso in ciclo.

Data la forte acidità delle soluzioni, il sale che da esse si separa è l'esaidrato del nitrato di alluminio, e cioè un prodotto il quale quando viene scaldato comincia a scomporsi - senza fondere, il che ha grande importanza - già a 140°, e a 200° si scinde completamente lasciando, come residuo, allumina.

I vapori nitrosi che si sviluppano vengono fissati e rimessi in ciclo.

L'allumina che si ottiene è dotata di giande reattività e si presta egregiamente alla fabbricazione dell'alluminio.

Riduzione elettrolitica dell'allumina. - Forni elettrolitici. - Conviene subito chiarire che nell'industiia dell'alluminio la parola "forno" è un termine improprio: meglio sarebbe chiamarlo "cella" in quanto che si tratta di un tipico esempio di cella a elettrolisi ignea (in francese cuve, in inglese celle). Consta essenzialmente (figg. 7, 8, 9) di una robusta carcassa metallica contenente una pigiata di caibone a forma di vasca entro cui sono immerse barre di ferro: il tutto costituisce il fondo o parte catodica della cella. Talvolta, e per grosse unità, il fondo è costituito da blocchi di carbone preventivamente cotti, cementati fra loro con pigiata di carbone, e dentro i quali sono sigillate inferiormente le barre catodiche.

Poiché i forni elettrolitici di alluminio sono collegati in serie con la sorgente di energia, le barre catodiche uscenti dal fondo di un forno sono immediatamente collegate elettricamente con la sbarra anodica del forno successivo (fig. 7); da tale sbarra anodica derivano le varie aste di rame che, assicurate ad essa con robusti morsetti, adducono la corrente ai varî anodi. La corrente dalla sbarra positiva e dalle sbarre singole passa quindi agli anodi, attraversa lo spessore del bagno costituito dall'elettrolita fuso (circa 18 ÷ 20 cm. di spessore costituito da 80 ÷ 90% di criolite più 10 ÷ 20% circa di alluminio) e raggiunge attraverso il fondo di carbone le barre catodiche in esso racchiuse e da queste passa alla sbarra positiva del forno successivo; le perdite di tensione dell'intero circuito di un forno ben studiato e ben mantenuto dovrebbero costantemente essere contenute fra 0,6 e 1 volt.

I forni ora descritti sono detti ad anodi multipli. Il numero degli anodi dipende in essi dall'intensità di corrente da trasportare; la densità di corrente anodica si assume in generale fra 1,2 e 1,5 amp. per cmq. di sezione; 15.000 amp. di corrente da trasportare richiederanno pertanto da 10 a 12.000 cmq. di superficie anodica complessiva; ad esempio da 10 a 12 anodi di 1000 cmq. ognuno di sezione.

In luogo dei forni ad anodi multiplì si può altresì impiegare il forno ad anodo unico autocuocente tipo Söderberg (fig. 8). In esso è realizzato il principio di una sezione anodica unica in luogo delle molte sezioni occorrenti con il tipo ad anodi multipli; naturalmente la sezione unica è equivalente alla somma delle sezioni parziali, anzi è sensibilmente maggiore per tener conto della minor conducibilità elettrica che la massa Söderberg presenta al passaggio della corrente per il fatto di esser costituita di una massa plastica cruda anziché cotta. La parte anodica, del tutto identica a quella che si impiega per la preparazione degli anodi normali, è contenuta in un involucro di lamiera sottile di alluminio circondata da robusti quadri di profilati in ferro a ⊏ sovrapposti che formano le pareti laterali di contenimento; attraverso fori praticati nell'anima dei profilati passano grosse spine di ferro, che portano la corrente alla massa ancora plastica che si cuoce così per il riscaldamento dovuto alla resistenza elettrica opposta al passaggio della corrente e per la grande quantità di calore irradiato dalla superficie incandescente dell'elettrolita fuso: il calore compie in tal modo un lavoro utile di cottura; mentre la vasta superficie dell'anodo diminuisce le perdite di calore per irradiazione superficiale.

Processo di riduzione. - L'ossido di alluminio si scioglie nel bagno di criolite fusa intorno a 910°; il sistema criolite-allumina produce un abbassamento del punto di fusione dell'allumina da 22000 a circa 920 - 950°.

L'allumina viene aggiunta periodicamente all'elettrolita in proporzioni del 10 ÷ 20% max.; essa si scioglie rapidamente (meno facilmente l'allumina Haglund, più facilmente la Bayer, ancora più facilmente la Blanc da leucite [Parravano e Scortecci,v. bibl.]).

Nella sua più semplice espressione, la reazione di dissociazione elettrolitica è data dall'equazione chimica:

Gli ioni ossigeno (−) e alluminio (+) trasportano la corrente; lo ione ossigeno caricato negativamente si dirige all'anodo di carbone formando ossido di carbonio e anidride carbonica:

Lo ione alluminio caricato positivamente è convogliato al catodo; facilita la separazione, il maggior peso specifico del metallo (rispetto al bagno) che si raccoglie sul fondo della vasca di carbone (catodo). Mentre agli anodi, che pur sono destinati alla trasmissione della corrente al bagno, si ha così una vera e propria combustione e quindi un consumo rilevante di carbone anodico, il carbone catodico, o fondo del forno, non subisce nessuna alterazione, sia perché esso è fuori dal contatto dell'aria, sia perché non partecipa ad alcuna reazione. In altre parole, il carbone degli anodi esplica, né più né meno del coke nell'alto forno siderurgico, un'azione riduttrice dell'ossido metallico oltre a quella specifica di convogliare la corrente.

L'alluminio raccolto sul fondo viene spillato periodicamente. Durante l'elettrolisi la superficie inferiore degli anodi è costantemente tenuta a 3 ÷ 4 cm. di distanza dalla superficie dello specchio metallico di alluminio; tale distanza è detta distanza di regolazione e varia più o meno in ragione della maggiore o minore tensione occorrente per le migliori condizioni di marcia in rapporto alla più favorevole temperatura che occorre sia mantenuta per assicurare il massimo rendimento faradico della corrente.

La tensione media complessiva richiesta da un forno varia come detto da 5 a 7 volt, a seconda dell'intensità del forno stesso: maggiore è l'intensità, minore è la tensione richiesta; si tenderebbe quindi decisamente ai più alti amperaggi se difficoltà costruttive non limitassero tale intensità ad un massimo; oggi si sono impiegati in qualche caso forni fino a 40.000 amp., coi quali è possibile mantenere una tensione di esercizio intorno ai 5 volt; ciò che con un rendimento di corrente ammesso di 0,85 darebbe un consumo di 18 kWh. di corrente continua per kg. di metallo grezzo prodotto.

La proporzione di allumina nel bagno elettrolitico è determinata in base alla più favorevole conducibilità elettrica della soluzione criolite-allumina; esaurita l'elettrolisi della carica di allumina, la tensione necessaria a vincere la resistenza elettrica del bagno si eleva repentinamente dai 5 ÷ 7 volt normali ai 25 ÷ 30.

Tale improvvisa sopraelevazione della tensione è dovuta probabilmente al formarsi di un velo di gas isolanti che si formano sotto gli anodi (effetto anodico).

La sopraelevazione della tensione rilevata da una segnalazione luminosa indica la necessità di un'immediata reimmissione di una nuova carica per evitare che la corrente continui l'elettrolisi a spese dell'elettrolita; ciò che costituirebbe una perdita, perché il suo costo è sensibilmente superiore a quello dell'allumina.

Forme commerciali nell'alluminio. - Si vende in commercio sotto varî tipi di formato: a) lingotti da 1 kg. a 10 segmenti per fonderia; b) lingotti da kg. a 2 segmenti per fonderia; c) placche da laminazione per fabbricazione di lamiere di vario peso e formato (si producono oggi placche di peso fino a 1000 kg. per produzione di grandi lamiere a forte spessore); d) barre da trafila, sezione quadrata; e) billette da pressatura per tubi e profilati a sezione rotonda.

Il titolo commerciale dell'alluminio, cosiddetto 99%, quale si produce negli ordinarî forni elettrolitici, oscilla normalmente su una media di 99,4 di purezza, essendo il 0,6% di impurezze costituito circa da Fe = 0,35%; Si = 0,20%; altre impurità 0,05%.

Per usi elettrici e per speciali applicazioni della chimica si richiede alluminio a maggior titolo di purezza, cioè titolo superiore a 99,5; in tal caso le impurità restano intorno al 0,4%, di cui circa Fe 0,26%, Si 0,14% (è noto che un elevato contenuto di silicio diminuisce la conduttività elettrica del metallo).

Con una speciale accurata selezione delle materie prime rispondenti a particolari caratteristiche di analisi (criolite con impurità Fe₂O₃ + SiO₂ 〈 0,5%; anodi con ceneri ≤ 0,3%; allumina con titolo di impurezza in Fe₂O₃ + SiO₂ 〈 0,04%) e con speciali accorgimenti di lavorazione si può ottenere anche alluminio a titolo di purezza superiore a 99,80% (Fe = 0,12%, Si = 0,08%).

Consumi di produzione. - Per avere un'idea dei consumi di produzione valgano i seguenti dati approssimativi:

A) Per la produzione di 1 tonn. di allumina anidra si richiedono: bauxite circa tonn. 2,20 ÷ 2,30 (titolo 57 ÷ 60% Al₂O₃); combustibile circa tonn. 1,3 ÷ 1,6 (calorie 7500 kg.); soda caustica circa tonn. 0,10 ÷ 0,12: energia circa kWh. 400 ÷ 500; tele da filtri circa kg. 3 ÷ 5; materiali varî di consumo.

Il consumo del combusiibile può esser ridotto di circa il 50% impiegando energia elettrica per la concentrazione delle soluzioni diluite anziché vapore diretto (termocompressione).

B) Per la produzione di 1 tonn. di metallo grezzo in forma commerciale si richiedono: allumina circa tonn. 2; criolite, fondenti circa kg. 70 ÷ 100; elettrodi circa kg. 600 ÷ 650; energia in C.A. circa kWh. 28 ÷ 32.000 (comprese perdite di linea).

Oltre alle voci principali di cui sopra, è da tener conto delle spese per la manutenzione, per servizî di fabbrica, per spese generali e per interessi e ammortamenti degl'impianti che rappresentano una parte ingente del prezzo di costo.

Raffinazione elettrolitica dell'alluminio. - Recentemente è stata messa a punto in America la cella elettrolitica Hoops; in essa, mediante una seconda elettrolisi operata su una lega di alluminio impura, è possibile ottenere alluminio a 99,99% di purezza. Tale seconda elettrolisi di raffinazione importa una spesa di energia intorno ai 20 kWh. per kg. (oltre a quelli necessarî alla prima elettrolisi), cosicché l'alluminio superraffinato ha trovato limitate applicazioni a cagione del sensibile maggior costo.

Tale qualità di alluminio è applicata con qualche vantaggio, per sfruttare la maggiore resistenza alla corrosione offerta dall'alluminio purissimo, come rivestimento ai profilati e ai laminati di alluminio ordinario; tale rivestimento è ottenuto alla pressa mediante estrusione combinata di una barra di metallo usuale intestata con speciali accorgimenti da metallo raffinato. Si ottiene così un sottilissimo spessore di rivestimento di alluminio puro (circa un decimo di millimetro) che resta aderentissimo al prodotto di metallo usuale assicurandone così una più efficace proiezione contro la corrosione.

Lavorazione dell'alluminio. - La grande espansione dell'alluminio in tutti i campi di applicazione è dovuta essenzialmerite alla possikilità di esser sottoposto a qualunque tipo di lavorazione.

Fonderia. - Fonde a 658°: allo stato puro è raramente impiegato in fonderia e solo per pezzi semplici, e ciò a causa del suo alto coefficiente di ritiro lineare valutato dell'1,7%. Si lega perciò con altri elementi, specialmente col silicio (lega Silumin nelle sue varie forme 13% circa di Si, 87% Al): in tal caso il coefficiente di ritiro si riduce a circa l'1,2%. In generale gli elementi di lega devono esser aggiunti all'alluminio puro in forma di lega madre convenientemente dosata.

Si deve fare attenzione che durante la colata nelle forme non si abbia mai a interrompere il getto liquido affinché la pellicola di ossido, che sempre riveste anche allo stato liquido l'alluminio e le sue leghe a contatto dell'atmosfera, non resti inclusa nella fusione. La fusione del metallo (o delle leghe) avviene di solito in crogioli di grafite, nei quali si porta alla temperatura di colata, generalmente intorno ai 750°. Speciali accorgimenti si debbono studiare per la fusione di pezzi complicati, sia in sabbia sia in conchiglia, per evitare lesioni dovute agli sforzi di ritiro; si richiede quindi grande numero di materozze e sfiatatoi, le une e gli altri bene disposti, in modo che il corpo della fusione sia alimentato da diverse parti durante il periodo di solidificazione e abbia possibilità di uniforme raffreddamento.

Le fusioni sotto pressione sono particolarmente indicate per pezzi complicati e speciali.

I pezzi fusi saranno poi sottopostí, se del caso, ai trattamenti termici previsti per le leghe.

Tutte le cautele che si richiedono per la fusione dell'alluminio e delle suc leghe valgono per la fusione delle placche da laminazione e per le barre da trafila, sia in alluminio sia in lega.

Laminazione. - La laminazione dell'alluminio non presenta, in virtù della sua grande duttilità, difficoltà alcuna.

Prima della laminazione le placche sono riscaldate preventivamentc in forni elettrici o a combustibile fra 400° e 500° e sbozzate a caldo da un laminatoio sbozzatore a cilindri che riduce le placche a sbozzati dello spessore di 8 ÷ 15 mm.

Tali sbozzati vengono ripresi a freddo e portati allo spessore voluto in forma di lamiere generalmente di m. 1 × 2.

Si possono raggiungere spessori minimi di fogli fino a 6 ÷ 7 millesimi di millimetro; per spessori sottili di lamiere e per laminazione ín fogli sottili si richiedono sempre una o più ricotture intermedie. Anche le lamiere si possono sottomettere a un riscaldamento intermedio o finale per eliminare la crudezza che il metallo acquista durante la laminazione; il riscaldamento e la ricottura fanno riacquistare al metallo la primitiva duttilità.

Con laminatoi speciali si possono ottenere lamiere di dimensioni 2 × 6 e anche 3 × 9 con spessore da 8 a 12 mm., impiegate prevalentemente nell'industria chimica.

Pressatura e trafilatura. - Si adoperano presse per la formazione di barre, tubi, profilati, delle forme più svariate; per tale lavorazione l'alluminio si acquista in forma di billette generalmente a sezione rotonda e molto allungata. La trafila alle presse si opera a 400°.

Con metallo ad elevato titolo di purezza si può eseguire una pressatura a freddo, ottenendosi così tubi assai flessibili e a pareti sottili come per lo stagno.

Con ordinarie trafile si forma il filo a partire dalle barre da trafila, generalmente a sezione quadrata e a forma molto allungata (m. 1 a 1,50, sezione mm. 100 × 100 ÷ 125 × 125, ecc.). Si possono ottenere fili fino a un diametro di 3 ÷ 4 centesimi di millimetro.

Imbutitura, stampaggio, forgiatura. - Per l'imbutitura si impiega generalmente metallo dolce o ricotto; per le leghe si deve procedere per gradi se l'imbutitura è profonda, attraverso ricottura intermedia. Egualmente bene si presta l'alluminio allo stampaggio; le matrici però devono essere studiate con criterî diversi da quelli adottati per l'acciaio.

Lavorazione meccanica. - Esige speciali cautele e utensili speciali; in generale la lavorazione d'officina di un pezzo in alluminio richiede da 1/2 a 1/3 del tempo di quello che richiede lo stesso pezzo in ferro. Si richiedono in generale utensili a spigolo tagliente e a velocità elevata di taglio.

Saldatura. - Richiede una pratica speciale per effetto della pellicola di ossido che riveste costantemente l'alluminio e le sue leghe; tale pellicola deve essere allontanata o meccanicamente o chimicamente nell'istante stesso in cui si effettua la saldatura.

La saldatura autogena è oggi correntemente impiegata sia al cannello ossiacetilenico sia alla fiamma ossidrica; la temperatura ottima è intorno a 6ffio; più delicata è la saldatura delle leghe, in quanto che l'elevata temperatura porta un'alterazione parziale della struttura cristallina e quindi delle qualità meccaniche, specialmente in leghe a trattamento termico.

Chiodatura. - Si impiega specie con le leghe di alluminio per evitare l'inconveniente dell'alterazione termica che si verifica in prossimità della saldatura; i chiodi devono essere di alluminio e si applicano a freddo.

Lavorazione delle superficie. - Si può ottenere con un'ottima pulitura e lucidatura, sia dei pezzi fusi sia dei laminati con mezzi ordinarî (spazzole rotanti di feltro o cuoio e simili).

Una superficie opaca o mate si ottiene mediante trattamento dl decappaggio con soluzione di soda caustica al 5 ÷ 10% circa, o con sabbiamento eseguito con getto pneumatico di silice, o allumina o carborundo.

Caratteristica esclusiva dell'alluminio e delle sue leghe è il trattamento delle superficie con l'ossidazione anodica (procedimento Alumilite o simili). Secondo tale procedimento, l'oggetto da trattare s'immerge in un elettrolita diversamente composto e costituisce l'anodo: al passaggio della corrente si forma uno strato di ossido sulla superficie del metallo che può raggiungere fino a 30 ÷ 40 micron di spessore e, poiché si genera a spese del metallo stesso, ne risulta un'intima connessione fra i cristalli di ossido, e la superficie del metallo; tale pellicola può essere resa più emcace come strato protettivo mediante immersione in speciale bagno grasso o di paraffina.

Lo strato formatosi elettroliticamente non è altro che corindone (ossido di alluminio cristallino e perciò durissimo); resiste ottimamente alla frizione tanto che si adopera come protettivo dei pistoni da motore; lo strato ha altresì notevoli proprietà dielettriche potendo resistere ad una tensione di 50 ÷ 100 volt (condensatori).

Protegge inoltre il metallo dall'attacco di agenti aggressivi, come l'atmosfera salina, ecc.; maggiore importanza riveste l'ossidazione anodica nei riflessi dell'impiego dell'alluminio in ottica (riflettori ad alto potere riflettente) e nella possibilità di colorazione mediante la diluizione di pigmenti organici e sali inorganici nell'elettrolita o in soluzione a parte.

L'ossidazione anodica si può ottenere con corrente sia continua sia alternata e varie sono le ricette del bagno che costituisce l'elettrolita (acido solforico, glicerina, acido ossalico, ecc.).

Leghe di alluminio. - Le proprietà fisico-meccaniche che abbiamo visto essere assai limitate per l'alluminio puro possono essere largamente migliorate per gl'impieghi industriali allegando all'alluminio determinate qualità di altri metalli. Si ha così una vasta gamma di leghe leggiere che, pur pochissimo differenziandosi dal peso specifico dell'alluminio puro, conferiscono tuttavia ad esso elevate caratteristiche meccaniche paragonabili a quelle dei buoni acciai.

Le leghe di alluminio si possono essenzialmente suddividere: a) in leghe da fonderia; b) in leghe da lavorazione plastica (laminazione, trafila, forgiatura).

Sia le une sia le altre si classificano secondo che per il loro impiego è indispensabile o no il trattamento termico.

Una lega di alluminio in generale può immaginarsi costituita da una soluzione solida degli elementi allegati nell'alluminio addizionata di uno o più componenti detti eutectici, duri e fragili (come, ad es., quelli costituiti dai cristalli di CuAl₂, CuSi, Mg₂Si, CuTi) disseminati nella soluzione solida e che conferiscono alla lega determinate caratteristiche in ragione della loro quantità e talvolta del trattamento termico subito. Gli elementi allegati all'alluminio portano in generale a una diminuzione delle caratteristiche di allungamento e di plasticità; mentre accrescono le caratteristiche meccaniche di compressione, tensione, flessione e durezza; tale trasformazione è dovuta al formarsi di un reticolo intercristallino dei composti separati anzidetti, che costituiscono come un'armatura della soluzione solida.

Nelle tabelle di pag. 95 il complemento a 100 della somma dei varî componenti è costituita da alluminio puro commerciale (99,3 ÷ 99,6%).

Applicazioni dell'alluminio e sue leghe. - Trasporti. - Per la precipua caratteristica di leggerezza l'alluminio ha potuto trovare nel campo dei trasporti il suo più vasto impiego. Già sin dal 1929 circa 50.000 tonn., pari al 38% della produzione americana, era impiegato nei trasporti: oggi tale percentuale è in aumento.

a) Ferrovie. - L'alluminio trova ognora crescente applicazione nelle vetture moderne a carcassa metallica e a struttura portante tubolare, specialmente automotrici; ne consegue per la maggiore leggerezza una più rapida accelerazione; più sicura frenatura alle altissime velocità; maggiore stabilità di corsa in curva per abbassamento del centro di gravità; maggior economia di combustibile e di energia a parità di carico trasportato; maggiore capacità di trasporto del 15 al 30% a parità di potenza impiegata.

L'alleggerimento totale può raggiungere oggi in trasporti ferroviarî per treni viaggiatori fino al 40%.

Uno dei treni aerodinamici della Union Pacific (7 vetture su 8 carrelli) pesa 190 tonn. e sviluppa una velocità oraria fino a 180 km.

b) Automobilismo. - Vantaggi di ordine generale sono: minor peso di motore per cavallo di potenza. Minor peso nella carpenteria e nella carrozzeria; poi gli stessi vantaggi come sopra.

Aumento del peso utile di trasporto a parità di potenza per diminuzione del peso morto; maggior beneficio economico nei calcoli di ammortamento dei veicoli per il valore di ricupero del metallo come rottame; maggior economia di gomme.

Nei motori: impiego oggi quasi generale nei pistoni: minor peso delle masse in moto alternativo; riduzione sensibile della temperatura e conseguente possibilità di aumento di velocità per maggior numero di giri (30 ÷ 40% in più); aumento di potenza motrice per la migliore conducibilità termica dell'alluminio rispetto alla ghisa (conseguente più facile evacuazione delle calorie) e possibilità di maggiori compressioni (15%).

Impiego nelle bielle: per effetto della diminuita massa in moto alternativo si hanno minori vibrazioni nel motore.

Impiego nel monoblocco: vantaggio di un più rapido raffreddamento; maggiore facilità di lavorazione di officina.

Impiego nel carter del motore; scatole del cambio di velocità, ecc., diminuzione della temperatura dell'olio in circolazione, leggerezza.

Impiego nelle parti non sospese del telaio, ad esempio nelle ruote (oggi si fanno ruote per autobus anche in leghe ultraleggiere di magnesio; peso specifico 1,7). Talvolta anche nei longheroni e nelle traverse per vetture o per rimorchi da trasporto. Nella carrozzeria da turismo, in sostituzione dei pezzi cromati, in acciaio inossidabile, in leghe di rame, ecc. Nei carri cisterna destinati a trasporti di prodotti petroliferi, di vini, alcoli, birra, latte, in quanto che il minor peso consente un maggior trasporto utile fin oltre il 20%, minor perdita per evaporazione con la benzina e con l'alcool.

c) M1rina. - Dopo l'accordo navale di Washington, che limitava il tonnellaggio delle navi da guerra, l'alluminio entrò a far parte delle strutture interne nella marina da guerra per aumentare la potenza di armamento senza oltrepassare i limiti prescritti di peso; l'alluminio entra talvolta in proporzione del 2 ÷ 3% del peso totale. Nel naviglio da trasporto, abbassando il centro di gravità, l'alleggerimento aumenta la stabilità. È impiegato l'alluminio come protezione termica (alfol - sistema di isolazione in carta d'alluminio) e per equipaggiamento interno; per strutture esterne l'impiego dell'alluminio è tuttora limitato per la scarsa resistenza alla corrosione prodotta dall'atmosfera salina (alcune leghe K. S. Seewasser si prestano meglio per costruzioni navali; l'ossidazione anodica promette un più largo impiego).

d) Aviazione. - L'alluminio è materiale di decisivo impiego nell'aviazione: si impiega per lo più in forma di lega, duralluminio, avional, ecc.

Nei motori le leghe di alluminio entrano fino al 45% del peso del motore in quelli raffreddati ad aria e fino al 60% in quelli raffreddati ad acqua.

Completamente in alluminio e in leghe ad alte caratteristiche meccaniche sono i moderni apparecchi da turismo, da caccia, da bombardamento, non solo nel rivestimento, ma nell'ossatura stessa e nella parte soggetta a sforzi: il trimotore Breda pesa a vuoto 3850 kg. e offre un carico utile di 2550 kg. Crescente impiego trovano pure le leghe ultraleggiere a base di magnesio (elektron) che pesa il 35% meno dell'alluminio. Si costruiscono in alluminio negli aeroplani il monoblocco del motore, i pistoni, i turbocompressori di sovralimentazione, le eliche, le ruote, l'ossatura e il rivestimento delle ali e della carlinga, i serbatoi e strumenti varî di bordo, ecc.

Ancora maggiore è l'impiego nei dirigibili: l'esempio più grandioso che sia mai stato realizzato è del tipo Zeppelin (30 tonnellate di duralluminio).

Elettrotecnica. - secondo la Convenzione elettrotecnica internazionale l'alluminio deve presentare una resistenza di 2,85 ohm pari al 60,6% della conduttività del rame.

Negli elettrodotti ad alta tensione il vantaggio dell'impiego dell'alluminio è dato dalle minori perdite per effetto corona (specialmente a elevata quota sul mare). Si adopera generalmente sotto forma di cavi in alluminio con anima resistente di corda d'acciaio galvanizzata (ad alta resistenza): tipo corrente 7 fili, di cui uno di acciaio e 6 di alluminio, oppure 37 fili di cui 7 di acciaio e 30 di alluminio. Si adoperano talvolta anche leghe speciali ad alta resistenza meccanica; in tal caso senza anima di acciaio (aldrey, almelec).

Con i cavi di alluminio e acciaio si possono tenere negli elettrodi frecce più ridotte rispetto al rame e perciò supporti più corti o a parità di freccia, supporti più distanti. La sezione di una corda di alluminio a parità di conduttività è 1,65 volte quella della corda di rame. La resistenza meccanica è 0,85 di quella di una sezione elettricamente equivalente di rame. Il peso è circa la metà; il diametro è 1,28 quello di una corda equivalente di rame. Si dimostra che per tensioni superiori a 60 kV. l'alluminio è più economico del rame quando il suo costo è il doppio di quello del rame o poco più.

Un raffronto fra le caratteristiche di un conduttore di rame ed unco di alluminio è dato dalla tabella che segue:

Cavi armati. - Si impiega nei cavi armati specialmente a bassa tensione e forte intensità. Nelle barre per quadri a bassa tensione è favorevolmente impiegato l'alluminio; in esse bastano kg. 0,424 di alluminio per sostituire 1 kg. di rame.

Macchinario. - Si impiega anche in pezzi di macchine, come rotori di motori asincroni per l'avvolgimento induttore dei rotori, bobine induttrici delle macchine elettriche per elettromagneti, nell'apparecchiatura di marcia, nei conduttori di varie specie.

Industria chimica. - L'alluminio è pressoché inalterabile all'aria secca o umida per effetto del velo di ossido che lo protegge. Resiste ai composti dello zolfo (idrogeno solforato), composti cianidrici e alla maggior parte di acidi organici. I suoi sali non sono tossici; resiste bene all'acqua ossigenata; resiste bene in presenza di gas: NH₃, H₂S, SO₂, H, CO, CO₂, N, O₂; acidi: HNO₃ puro 40° Bé., oleum, soluzione di H₂S, acidi organici, citrici, malico, fenico, acetico; soluzioni varie: ammoniaca, petrolio e idrocarburi, alcool metilico, etilico, etere solforico, acetone, solfuro di carbonio, acido oleico e simili, olî vegetali idrogenati ed essenziali, colle e gelatine, cellulose e nitrocellulose, acetati di cellulosa, tessili artificiali, benzolo, trementina, pitture e vernici, resine, cere, paraffina, bakelite, anilina e coloranti.

Industria alimentare. - È impiegato largamente nell'industria della birra e del latte; i grandi recipienti si formano saldando nelle stesse cantine le lamiere con saldatura autogena. Nell'industria delle marmellate (scatolame), nelle centrali del latte. Di comune impiego nel vasellame di cucina, non forma mai sali tossici; non va in soluzione nelle vivande ed è da escludere qualunque azione nociva anche a lunghissima scadenza; tutte le autorità mediche mondiali hanno unanimamente confermato l'assoluta innocuità dell'alluminio nell'utensileria domestica, dichiarando che l'alluminio è, dopo l'oro e il platino, il più innocuo dei metalli.

Termotecnica. - Il suo calore specifico per unità di volume è 0,66 di quello del ferro e del rame; allo stato puro ha una conducibilità da 3 a 4 volte quella del ferro; in lega, la conducibilità è eguale o superiore a quella delle leghe di rame; ha una diffusibilità termica elevata agli effetti di una egualizzazione delle temperature; è il metallo usuale meno emittente, nei riguardi dell'irradiazione, ciò che permette la sua utilizzazione come calorifugo (6 a 8% del corpo nero). È impiegato nei riflettori termici, radiatori parabolici, riflettori per raggi infrarossi.

È impiegato negli scambiatori termici, radiatori per riscaldamento, termoconvettori, economizzatori di caldaie; raffreddatori e apparecchi di condizionamento d'aria (il favorevole impiego dell'alluminio nei pistoni e nel monoblocco è dovuto in gran parte alla possibilità di più rapida evacuazione delle calorie).

L'alfol, materiale di isolazione termica, è costituito da carta sottilissima di alluminio spiegazzata alla rinfusa e pesa all'incirca 3 kg./mc. anziché 150 a 500 come gli altri isolanti; ha una conducibilità da 0,04 a 0,06 cal/m. ora °C: si impiega come isolante in vagoni cisterna, frigoriferi, in marina, ecc.

Nelle costruzioni. - L'alluminio è impiegato come materiale decorativo interno ed esterno; talvolta per speciali esigenze di leggerezza anche come materiale di carpenteria nei tetti; è favorevolmente adoperato come materiale di copertura in luogo del rame o zinco (peso inferion del tetto completo sino al 30%). Il suo basso potere emissivo e assorbente lo rende consigliabile come materiale di copertura nelle costruzioni coloniali: esperienze controllate in regioni tropicali hanno dimostrato che sotto un tetto coperto di alluminio vi è una temperatura paragonabile e non superiore a quella ambiente, e di 30 gradi inferiore a quella esistente in un sottotetto di eternit, ardesia o laterizio nelle stesse condizioni di esposizione.

I più grandiosi esempî di impiego di alluminio in costruzioni civili sono quelli del Rockefeller Center e dell'Empire State Building a New York, dove sono state impiegate oltre 2000 tonn. di metallo negli usi più svariati.

Industrie meccaniche. - L'alluminio si impiega con vantaggio nel caso di organi di macchine soggette a moto circolare o alternativo rettilineo, gli effetti della forza d'inerzia e centrifuga essendo proporzionali al peso delle masse in moto e perciò tanto pìù sensibili quanto maggiormente variabili sono i regimi di moto. Parimenti si impiega in organi articolati che dànno luogo ad urti ripetuti. L'applicazione dell'alluminio permette di ridurre la dispersione di energia e i maggiori attriti per effetto della minor massa d'inerzia in moto.

Applicazione: ruote di veicoli, eliche, ventilatori, rotori di pompe, ecc.; giranti di turbine, pulegge, manovelle, leve, bielle, pistoni, bobine e apparecchi in genere per l'industria tessile, sottoposti a variazioni rapide di regime.

Metallurgia. - È largamente impiegata la polvere e la granaglia di alluminio, sia come disossidante (in vista della sua grande affinità con l'ossigeno a elevata temperatura), sia come costituente (in lega, con l'effetto di aumentare la resistenza all'ossidazione nella nitrurazione degli acciai e delle ghise).

Si usa pure nei bronzi dî alluminio in sostituzione dello stagno. Bronzi al 10 e 12% di Al presentano caratteristiche di resistenza meccanica e chimica notevolissime, spesso superiore a quella dei bronzi ordinarî con un peso specifico inferiore; impieghi più correnti: eliche di marina, torpedini, tubi di condensatore, ruote di turbine.

La polvere di alluminio mescolata con ossidi infiammabili a base di perossido di bario e innescata dà luogo ad una reazione rapidissima con ingentissimo sviluppo di calore, impiegato nella saldatura alluminotermica delle rotaie e di pezzi di macchine. Si impiega in reazioni chimiche metallurgiche nella fabbricazione di speciali metalli e ferroleghe (cromo, ferrocromo, titanio, vanadio, molibdeno, ecc.).

La situazione dell'industria dell'alluminio in Italia. - L'Italia ha iniziato la produzione di alluminio nel 1907 a Bussi in Abruzzo con una fabbrica capace di 7 ÷ 800 tonn. all'anno; l'allumina era ricavata dalla bauxite locale dei giacimenti di Lecce dei Marsi; nel 1917 sorse con capitali francesi la fabbrica di alluminio di Borgofranco d'Ivrea alimentata con allumina francese, più tardi passata al gruppo americano dell'Aluminium Limited.

Nel 1929 iniziarono la lavorazione la fabbrica di Mori del gruppo Montecatini e quella di Porto Marghera della Soc. Alluminio Veneto Anonima (S.A.V.A.) raggiungendo una capacità produttiva intorno alle 12.000 tonn., con una produzione effettiva di 9000 e con un consumo interno di 5000. La produzione è andata gradualmente aumentando fino a 13.100 tonnellate nel 1935, di fronte a un consumo stabilizzatosi intorno alle 7000 tonn.; la superproduzione venne esportata.

La guerra etiopica e le sanzioni hanno posto il problema della sostituzione dell'alluminio ai metalli di importazione vantaggiosamente sostituibili con esso, quali il rame, lo stagno, il nichelio. Sotto l'impulso del governo fascista, il 1937 ha visto un nuovo poderoso incremento nella produzione, con la nuova fabbrica di Bolzano del gruppo Montecatini, capace di ulteriori 8000 tonn. e una produzione italiana totale di 22.000 tonn.

Nel 1938, con l'ampliamento della fabbrica S.A.V.A. a Porto Marghera, la produzione italiana salirà a oltre 30.000 tonn. Con ulteriori impianti si raggiungeranno prima del 1940 le 40.000 tonn. Il diagramma della fig. 10 dà l'andamento della produzione in Italia, in confronto ad alcuni altri paesi, e i prevedibili sviluppi secondo le direttive del programma autarchico. La consistenza dell'industria dell'alluminio in Italia è sintetizzata nella tabella qui sopra.

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