Alluminio: dalla curiosità alla versatilità
NEL 1821, vicino alla comunità francese di Les Baux, un chimico raccolse un duro minerale simile all’argilla, di colore rossiccio. Chiamato bauxite dal nome del villaggio, risultò che aveva un contenuto del 52 per cento di allumina. Ma, chiederete voi, che cos’è l’allumina? È alluminio insieme a ossigeno, o ossido di alluminio. Per anni questa medesima sostanza dura resistette a tutti gli sforzi di ridurla nei suoi componenti. Non fu che nel 1827 che le prime goccioline del metallo furono estratte con un processo chimico molto difficile e costoso. Non c’è da meravigliarsi, quindi, se cent’anni fa l’alluminio era semplicemente una curiosità benché sia il terzo dei più abbondanti elementi della crosta terrestre.
La sua opera fu ricompensata dalla riduzione del costo a poco più di 600 lire l’oncia. Comunque, il costo era ancora troppo alto per rendere possibile un’avventura commerciale. In seguito un chimico americano escogitò un processo che l’abbassò a 300 lire. Ancora era troppo, così la ricerca continuò per trovare un metodo più economico di trattare il materiale grezzo.
Nel 1886 due giovani scienziati, uno in Francia e l’altro negli Stati Uniti, lavorando senza conoscersi affatto, scoprirono la chiave per liberare il metallo dal suo ossido in grandi proporzioni. Il costo scese ora a 77 lire e mezza. Immediatamente si aprì la porta per l’esteso sfruttamento dei depositi di bauxite. Col passar degli anni, ulteriori miglioramenti della tecnica abbassarono il costo di lavorazione a meno di 270 lire il chilo verso la metà del ventesimo secolo.
Così il minerale grezzo subisce un processo di riduzione intermedia prima di passare alle fonderie. La bauxite è trattata con una soluzione calda di soda caustica da cenere di soda unita a calce. Questo fa andare in soluzione l’allumina, mentre le impurità come silice, ossido di ferro e titanio si riducono a fango rosso. Il liquido filtrato vien fatto depositare in grandi recipienti dove l’allumina, chimicamente unita all’acqua, precipita e si cristallizza. Questi cristalli passano attraverso forni rotativi riscaldati a 1100 °C. per eliminare le molecole d’acqua, lasciando la bianca polverosa allumina pronta per la spedizione. Dai silo per minerali o dai lunghi mucchi a terra, i nastri trasportatori trasferiscono l’allumina alle stive delle navi in attesa per trasportarla alle fonderie.
Nelle fonderie l’allumina viene combinata con un altro materiale grezzo, la criolite. Questo minerale, di colore bianco bluastro, la cui polvere è praticamente invisibile nell’acqua, si estrae in Groenlandia, dove gli Eschimesi ne parlano come del “ghiaccio che non si scioglierà in estate”. È anche prodotto sinteticamente in Germania. Questo fu ciò che i summenzionati scienziati scoprirono sarebbe stata la chiave per dischiudere il vasto deposito terrestre di questo metallo. Essi stabilirono che la criolite fusa avrebbe dissolto il duro ossido d’alluminio e che quindi, facendo attraversare la soluzione fusa da una potente corrente elettrica, l’alluminio si sarebbe potuto separare dall’ossigeno, permettendo al metallo puro di depositarsi nel fondo del recipiente. Così nacquero le “vasche” per la produzione elettrolitica dell’alluminio.
Per la produzione dell’alluminio in grandi proporzioni nelle fonderie, sono richieste molte “vasche”, poste in fila. Nelle fonderie dell’Aluminum Company of Canada, alcune sono fatte di acciaio spesso due centimetri e mezzo, lunghe approssimativamente nove metri, larghe tre metri e mezzo e alte un metro e venti. Queste sono poste in serie col carbone che diviene il catodo (polo negativo) della cella, mentre l’anodo (polo positivo) è un miscuglio di coke di petrolio e pece. Questo composto, messo in casse rettangolari di alluminio o di acciaio, è sospeso sulla “vasca”. L’apparato di controllo abbassa progressivamente questo tipo di anodo in continua sostituzione nella “vasca” mentre si cuoce e si consuma nella soluzione fusa di allumina e criolite. È interessante che questo materiale viene divorato in proporzione di mille libbre la tonnellata di metallo prodotto.
Un altro importante componente è la fluorite di Terranova, come anche altri materiali di altre parti del globo. Complessivamente, i materiali grezzi richiesti per produrre una tonnellata di alluminio puro ammontano a sette tonnellate. Così l’ininterrotta produzione richiede una ben organizzata disposizione di trasporto per assicurare che tutto il materiale necessario sia disponibile al tempo giusto e nel luogo giusto. Per esempio, i materiali che riempirebbero 250 carri merci si consumano ogni ventiquattr’ore nelle fonderie di Saguenay Valley del Quebec.
Se tenete di continuo accesa una comune lampada da 25 watt per due settimane, l’elettricità usata è pari alla quantità richiesta per produrre mezzo chilo di alluminio. La media famiglia americana impiegherebbe quattro anni per usare l’energia necessaria a estrarre una tonnellata di metallo dall’allumina originaria! Infatti, alcuni anni fa, l’industria dell’alluminio su quel continente usò in un anno più elettricità di quanta ce ne voleva per provvedere energia a una città di mezzo milione di case per circa dieci anni! Da allora, con la costante espansione dell’industria, le richieste di energia sono aumentate a quasi un’altra metà. Quale parte essenziale essa svolge!
Di anno in anno l’utilità dell’alluminio continua a crescere. L’espansione dei presenti impieghi e la scoperta di nuovi è incoraggiata dalla stessa industria. La continua ricerca metallurgica ha lo scopo di aprire campi più vasti all’utilizzazione delle sue qualità di leggerezza, malleabilità e tuttavia resistenza. Questa resistenza è il risultato dell’alluminio puro che viene unito in leghe con altri minerali. Molti esperimenti fatti in questo senso hanno prodotto parecchie centinaia di leghe che hanno tutte caratteristiche diverse.
Quanto la resistenza sia migliorata è illustrato in una prova di una barra di due centimetri e mezzo di metallo puro che si rompe sotto un carico di poco più di sette tonnellate, mentre una simile barra di prova, fatta di certe leghe ora in uso comune, può essere messa sotto tensione di un carico di quaranta tonnellate senza rompersi. Tali leghe sono anche più forti di alcuni tipi di acciaio, accrescendo così la versatilità dell’alluminio, perché ritengono le qualità originali di leggerezza, resistenza alla corrosione e suscettibilità d’essere lavorate.
La natura versatile del metallo è ulteriormente messa in risalto dal suo aspetto piacevole e dal fatto che è buon conduttore del calore e dell’elettricità. Or dunque, venite a osservare come questa interessante sostanza si trasforma in alcune utili cose che sono divenute tanto comuni nel nostro mondo moderno.
Forse risiedete a Londra, in Inghilterra, e viaggiate ogni giorno in “metropolitana”. Il vostro comodo treno è fatto di alluminio. O un recente viaggio in Spagna lo faceste sul famoso treno “ACT-Talgo” delle Ferrovie Spagnole. Le leghe di alluminio contribuirono al vostro piacevole viaggio. Nell’America Settentrionale, le ferrovie usano sempre più il metallo che una volta era una curiosità. I carri frigorifero, gondole, i carri merci e i carri cisterna, tutti fatti d’alluminio, sfrecciano via in treni lunghi un chilometro e mezzo. Nelle strade del mondo il metallo è usato per autocarri, autobus, roulotte e anche per la vostra propria automobile. Molti degli altissimi grattacieli delle grandi città del mondo sono ricoperti o rivestiti di porcellana smaltata o di lucenti lamine di leghe di alluminio.
Nei grandi giganti dei cieli, che ora escono dalle linee di montaggio, alcune parti devono essere costruite per portare un enorme carico. Esse sono forgiate da gigantesche presse simili alla pressa di 50.000 tonnellate della fabbrica di Alcoa a Cleveland, nell’Ohio, U.S.A. Dopo che la pressa ha stampato la parte, essa è “ridotta” alla giusta misura da una macchina fresatrice. Enormi presse eliminatrici schiacciano il metallo come la pasta dentifricia, cambiando le forme tonde in ogni cosa, dalle eliche degli aeroplani alle travi dei ponti. Alcuni anni fa, simili intelaiature furono usate per costruire il primo ponte di autostrada tutto in alluminio sulle rapide del bel fiume Saguenay nel Quebec.
Dall’equatore ai poli e in tutta la terra si trovano sempre più usi per questo campione dei metalli leggeri. Tre etti di alluminio sono in cima al famoso monumento di Washington, provvedendo non solo un bel copricapo argenteo, ma anche un protettivo parafulmine. Autospruzzatori mobili in alluminio sono usati nelle piantagioni di caffè del Brasile e nelle fattorie di barbabietole da zucchero dell’Alberta meridionale. Oltre undici milioni di chilometri di linee di trasmissione attraversano i paesi del mondo portando essenziale energia elettrica alle città e alle fabbriche per mezzo di conduttori d’alluminio rinforzati in acciaio. In molti casi questi sono ora tesi da torri in alluminio. Anche case di otto stanze a due verande, con un peso totale di soli 1.042 chili, sono prefabbricate con questo metallo dai molti usi.
Sarebbe possibile continuare a non finire descrivendo i prodotti di migliaia di fabbriche che producono ogni cosa dai fermagli per i capelli alle sedie a sdraio e dai barili per la birra agli strumenti portatili dei falegnami e dei meccanici! Sì, l’alluminio non è più una curiosità ma uno dei metalli più versatili noti all’uomo di cui egli dovrebbe essere grato al Grande Creatore, che dapprima lo pose nella crosta della terra.
Progresso nella riduzione del costo
All’Esposizione di Parigi del 1855, fu esposta la prima barra solida del metallo bianco argento. In questa occasione l’alluminio emerse dal reame della ricerca metallurgica per essere riconosciuto dal pubblico in genere come metallo utile. Ma, oh, il suo costo! A più di 21.000 lire l’oncia era davvero un metallo prezioso, tanto che superava perfino l’oro nella casa di Napoleone III, imperatore di Francia. Nonostante il suo piacere per la costosità dell’alluminio in quel tempo, essendo uomo pratico vide l’uso che se ne sarebbe potuto fare nell’armamento leggero per i suoi soldati. Di conseguenza il re sussidiò uno scienziato francese perché ricercasse i modi di produrlo in grandi quantità a basso costo.La sua opera fu ricompensata dalla riduzione del costo a poco più di 600 lire l’oncia. Comunque, il costo era ancora troppo alto per rendere possibile un’avventura commerciale. In seguito un chimico americano escogitò un processo che l’abbassò a 300 lire. Ancora era troppo, così la ricerca continuò per trovare un metodo più economico di trattare il materiale grezzo.
Nel 1886 due giovani scienziati, uno in Francia e l’altro negli Stati Uniti, lavorando senza conoscersi affatto, scoprirono la chiave per liberare il metallo dal suo ossido in grandi proporzioni. Il costo scese ora a 77 lire e mezza. Immediatamente si aprì la porta per l’esteso sfruttamento dei depositi di bauxite. Col passar degli anni, ulteriori miglioramenti della tecnica abbassarono il costo di lavorazione a meno di 270 lire il chilo verso la metà del ventesimo secolo.
Materiali grezzi
Nonostante che la bauxite sia la primaria materia per la produzione dell’alluminio, tuttavia altri minerali e sostanze sono pure richiesti. Ma prima osserveremo come la bauxite si riduce ad alluminio puro. Tramite operazioni di scavo in una miniera a cielo aperto con l’uso di grandi pale meccaniche si estrae il minerale da dove è stato per migliaia d’anni. Due tonnellate di minerale grezzo sono necessarie per ottenere una tonnellata di allumina.Così il minerale grezzo subisce un processo di riduzione intermedia prima di passare alle fonderie. La bauxite è trattata con una soluzione calda di soda caustica da cenere di soda unita a calce. Questo fa andare in soluzione l’allumina, mentre le impurità come silice, ossido di ferro e titanio si riducono a fango rosso. Il liquido filtrato vien fatto depositare in grandi recipienti dove l’allumina, chimicamente unita all’acqua, precipita e si cristallizza. Questi cristalli passano attraverso forni rotativi riscaldati a 1100 °C. per eliminare le molecole d’acqua, lasciando la bianca polverosa allumina pronta per la spedizione. Dai silo per minerali o dai lunghi mucchi a terra, i nastri trasportatori trasferiscono l’allumina alle stive delle navi in attesa per trasportarla alle fonderie.
Nelle fonderie l’allumina viene combinata con un altro materiale grezzo, la criolite. Questo minerale, di colore bianco bluastro, la cui polvere è praticamente invisibile nell’acqua, si estrae in Groenlandia, dove gli Eschimesi ne parlano come del “ghiaccio che non si scioglierà in estate”. È anche prodotto sinteticamente in Germania. Questo fu ciò che i summenzionati scienziati scoprirono sarebbe stata la chiave per dischiudere il vasto deposito terrestre di questo metallo. Essi stabilirono che la criolite fusa avrebbe dissolto il duro ossido d’alluminio e che quindi, facendo attraversare la soluzione fusa da una potente corrente elettrica, l’alluminio si sarebbe potuto separare dall’ossigeno, permettendo al metallo puro di depositarsi nel fondo del recipiente. Così nacquero le “vasche” per la produzione elettrolitica dell’alluminio.
Per la produzione dell’alluminio in grandi proporzioni nelle fonderie, sono richieste molte “vasche”, poste in fila. Nelle fonderie dell’Aluminum Company of Canada, alcune sono fatte di acciaio spesso due centimetri e mezzo, lunghe approssimativamente nove metri, larghe tre metri e mezzo e alte un metro e venti. Queste sono poste in serie col carbone che diviene il catodo (polo negativo) della cella, mentre l’anodo (polo positivo) è un miscuglio di coke di petrolio e pece. Questo composto, messo in casse rettangolari di alluminio o di acciaio, è sospeso sulla “vasca”. L’apparato di controllo abbassa progressivamente questo tipo di anodo in continua sostituzione nella “vasca” mentre si cuoce e si consuma nella soluzione fusa di allumina e criolite. È interessante che questo materiale viene divorato in proporzione di mille libbre la tonnellata di metallo prodotto.
Un altro importante componente è la fluorite di Terranova, come anche altri materiali di altre parti del globo. Complessivamente, i materiali grezzi richiesti per produrre una tonnellata di alluminio puro ammontano a sette tonnellate. Così l’ininterrotta produzione richiede una ben organizzata disposizione di trasporto per assicurare che tutto il materiale necessario sia disponibile al tempo giusto e nel luogo giusto. Per esempio, i materiali che riempirebbero 250 carri merci si consumano ogni ventiquattr’ore nelle fonderie di Saguenay Valley del Quebec.
Ruolo dell’elettricità
Tenete presente che la bauxite è di solito estratta da miniere in bassi paesi tropicali o semitropicali. Perciò, l’importantissimo materiale grezzo richiesto — un’abbondanza di energia elettrica a buon mercato — si trova di rado vicino al giacimento di materiale grezzo. Come risultato, l’allumina dev’essere trasportata vicino alla sorgente elettrica. Questo è ciò che ha fatto il Canada, con le sue ricche provviste di energia idroelettrica a buon mercato, luogo naturale per alcune delle fonderie dell’alluminio più grandi del mondo.Se tenete di continuo accesa una comune lampada da 25 watt per due settimane, l’elettricità usata è pari alla quantità richiesta per produrre mezzo chilo di alluminio. La media famiglia americana impiegherebbe quattro anni per usare l’energia necessaria a estrarre una tonnellata di metallo dall’allumina originaria! Infatti, alcuni anni fa, l’industria dell’alluminio su quel continente usò in un anno più elettricità di quanta ce ne voleva per provvedere energia a una città di mezzo milione di case per circa dieci anni! Da allora, con la costante espansione dell’industria, le richieste di energia sono aumentate a quasi un’altra metà. Quale parte essenziale essa svolge!
Fabbricazione
Mentre i lucenti lingotti escono dalla serie delle vasche della fonderia comincia a svolgersi la storia della versatilità del metallo. Molti processi alla fine li trasformano in oggetti per l’uso pratico. Prima entrano in forni di nuova fusione dove si aggiungono sostanze di lega che sono variate secondo l’uso finale cui il materiale sarà destinato. Da questo processo vengono lingotti segnati per la fusione, lingotti rotondi o “ceppi” per l’espulsione, e lingotti rettangolari o “lastre” da arrotondare, foggiare o filare. Le stesse fonderie producono barre da ridurre in fili d’alluminio. Il metallo si dimostra adattabile anche quando viene preparato per il procedimento di lavorazione!Di anno in anno l’utilità dell’alluminio continua a crescere. L’espansione dei presenti impieghi e la scoperta di nuovi è incoraggiata dalla stessa industria. La continua ricerca metallurgica ha lo scopo di aprire campi più vasti all’utilizzazione delle sue qualità di leggerezza, malleabilità e tuttavia resistenza. Questa resistenza è il risultato dell’alluminio puro che viene unito in leghe con altri minerali. Molti esperimenti fatti in questo senso hanno prodotto parecchie centinaia di leghe che hanno tutte caratteristiche diverse.
Quanto la resistenza sia migliorata è illustrato in una prova di una barra di due centimetri e mezzo di metallo puro che si rompe sotto un carico di poco più di sette tonnellate, mentre una simile barra di prova, fatta di certe leghe ora in uso comune, può essere messa sotto tensione di un carico di quaranta tonnellate senza rompersi. Tali leghe sono anche più forti di alcuni tipi di acciaio, accrescendo così la versatilità dell’alluminio, perché ritengono le qualità originali di leggerezza, resistenza alla corrosione e suscettibilità d’essere lavorate.
La natura versatile del metallo è ulteriormente messa in risalto dal suo aspetto piacevole e dal fatto che è buon conduttore del calore e dell’elettricità. Or dunque, venite a osservare come questa interessante sostanza si trasforma in alcune utili cose che sono divenute tanto comuni nel nostro mondo moderno.
Prodotti finiti
Visiteremo prima Rogerstone, nel Galles Meridionale, e il suo gigantesco laminatoio. Qui i lingotti di alluminio, del peso di due tonnellate, vanno avanti e indietro in una continua linea di presse calde che si estendono per quattrocento metri. Da questo processo escono rotoli di fogli di alluminio o diritti fogli di alluminio, dipendendo il loro spessore dal futuro impiego. Esso varia da sei millimetri a lamine così sottili che ci vogliono 1.250 fogli per raggiungere lo stesso spessore! A Kingston, nell’Ontario, una macchina laminatrice srotola lamine larghe 137 centimetri alla velocità di oltre 800 metri al minuto. Da fabbriche come questa l’alluminio prodotto viene portato in vari stabilimenti per divenire la sovrastruttura di un transatlantico o il rivestimento di un aviogetto intercontinentale. Come foglio, potete usarlo nella cucina per innumerevoli scopi o lo togliete dalla vostra tavoletta di cioccolato. Ma questo non è tutto.Forse risiedete a Londra, in Inghilterra, e viaggiate ogni giorno in “metropolitana”. Il vostro comodo treno è fatto di alluminio. O un recente viaggio in Spagna lo faceste sul famoso treno “ACT-Talgo” delle Ferrovie Spagnole. Le leghe di alluminio contribuirono al vostro piacevole viaggio. Nell’America Settentrionale, le ferrovie usano sempre più il metallo che una volta era una curiosità. I carri frigorifero, gondole, i carri merci e i carri cisterna, tutti fatti d’alluminio, sfrecciano via in treni lunghi un chilometro e mezzo. Nelle strade del mondo il metallo è usato per autocarri, autobus, roulotte e anche per la vostra propria automobile. Molti degli altissimi grattacieli delle grandi città del mondo sono ricoperti o rivestiti di porcellana smaltata o di lucenti lamine di leghe di alluminio.
Nei grandi giganti dei cieli, che ora escono dalle linee di montaggio, alcune parti devono essere costruite per portare un enorme carico. Esse sono forgiate da gigantesche presse simili alla pressa di 50.000 tonnellate della fabbrica di Alcoa a Cleveland, nell’Ohio, U.S.A. Dopo che la pressa ha stampato la parte, essa è “ridotta” alla giusta misura da una macchina fresatrice. Enormi presse eliminatrici schiacciano il metallo come la pasta dentifricia, cambiando le forme tonde in ogni cosa, dalle eliche degli aeroplani alle travi dei ponti. Alcuni anni fa, simili intelaiature furono usate per costruire il primo ponte di autostrada tutto in alluminio sulle rapide del bel fiume Saguenay nel Quebec.
Dall’equatore ai poli e in tutta la terra si trovano sempre più usi per questo campione dei metalli leggeri. Tre etti di alluminio sono in cima al famoso monumento di Washington, provvedendo non solo un bel copricapo argenteo, ma anche un protettivo parafulmine. Autospruzzatori mobili in alluminio sono usati nelle piantagioni di caffè del Brasile e nelle fattorie di barbabietole da zucchero dell’Alberta meridionale. Oltre undici milioni di chilometri di linee di trasmissione attraversano i paesi del mondo portando essenziale energia elettrica alle città e alle fabbriche per mezzo di conduttori d’alluminio rinforzati in acciaio. In molti casi questi sono ora tesi da torri in alluminio. Anche case di otto stanze a due verande, con un peso totale di soli 1.042 chili, sono prefabbricate con questo metallo dai molti usi.
Sarebbe possibile continuare a non finire descrivendo i prodotti di migliaia di fabbriche che producono ogni cosa dai fermagli per i capelli alle sedie a sdraio e dai barili per la birra agli strumenti portatili dei falegnami e dei meccanici! Sì, l’alluminio non è più una curiosità ma uno dei metalli più versatili noti all’uomo di cui egli dovrebbe essere grato al Grande Creatore, che dapprima lo pose nella crosta della terra.