Alluminio

Hai mai sentito parlare di “età dei metalli”? È il nome con cui viene identificato un antichissimo periodo storico in cui gli uomini scoprirono e iniziarono a utilizzare i metalli per costruire i primi utensili, abbandonando quindi a poco a poco l'utilizzo della pietra. La scoperta che fece cambiare la storia fu casuale: i primitivi si accorsero infatti che alcune pietre, esposte al calore del fuoco, si scioglievano, portando alla luce le componenti metalliche.

I primi metalli a essere impiegati furono quelli più teneri e malleabili, facili da lavorare anche allo stato puro, come il rame, l’oro e l’argento. L’età del rame è quindi la più lontana nel tempo, dal 4000 al 3000 a.C.

In seguito l’uomo primitivo scoprì la fusione, attraverso la quale riuscì a ottenere un materiale non esistente in natura, il bronzo, formato dalla fusione di due metalli: rame e stagno. Questa viene quindi chiamata età del bronzo (3000-1200 a.C.). Dal 1200 a.C. l’uomo scoprì la lavorazione del ferro, un metallo che per le sue caratteristiche di durezza e resistenza divenne quello di più largo impiego.

Durante il Medioevo i metalli vennero utilizzati per gli arnesi di contadini e artigiani, per la produzione delle armi da fuoco e la difesa dei soldati: elmi, scudi, guanti e spade, tutto era realizzato in ferro!

È solo con la rivoluzione industriale che le tecniche di lavorazione dei metalli vennero perfezionate e applicate in campi sempre più vasti, dall'architettura ai trasporti.

L’alluminio è di gran lunga il più giovane tra i metalli di uso industriale, essendo stato prodotto per la prima volta su larga scala industriale poco più di 100 anni fa.
La 'scoperta' dell'Alluminio risale al 1807 ad opera del chimico inglese Sir Humphrey Davy (1778 –1829) ma fu solo nel 1825 che il fisico danese Hans Cristian Oersted riuscì a produrre alcune gocce di alluminio. Le ricerche proseguirono in Germania per opera di un suo discepolo, Freidirich Wohler, che dimostrò molte delle proprietà del metallo, non ultima la sua leggerezza. Fu proprio questa scoperta ad animare il mondo scientifico e ad attrarre maggiori fondi per la ricerca.

Nel 1854, il francese Henri Sainte-Claire Deville sviluppò un complesso processo termo-chimico che permetteva una limitata produzione industriale. Tuttavia il processo, diffuso in tutta Europa, era estremamente costoso e rendeva il metallo addirittura più caro dell’oro, limitandone così la diffusione su larga scale.

Occorre arrivare al 1886 perché l'americano Charles Martin Hall e il giovane scienziato francese Paul Heroult, scoprissero contemporaneamente, seppur in modo indipendente, il primo processo di fusione elettrolitica per la produzione di alluminio metallico dall’allumina. Le casualità non finiscono qui: i due scienziati erano nati lo stesso anno, brevettarono insieme le loro scoperte e morirono lo stesso anno!!
Il loro metodo consentì la produzione di elevati quantitativi di alluminio a basso costo dati anche gli enormi progressi avvenuti nella produzione di energia elettrica dovuti alle moderne dinamo.

Dal quel momento, l'alluminio divenne uno dei metalli più utilizzati: la produzione mondiale passò dai 45 kg del 1886 ai 5 milioni di tonnellate del 2015!

Curiosità: Lunga vita alla scatoletta!

Fin dall’antichità l’uomo ha intuito che per conservare il cibo occorre ridurne l’umidità oppure isolarlo dall’aria. Sono molte le esigenze che lo hanno spinto a farlo. Storicamente, non c’era solo la necessità di disporre di adeguate riserve per l’inverno e per i periodi di carestia, ma anche quella di spostare cibi da un continente all’altro o nutrire i marinai nei lunghi mesi di navigazione e gli eserciti impegnati nelle grandi campagne militari.

I fenici, eccellenti navigatori, già nel 500 a. C. a bordo delle loro navi portavano carne secca e pesce affumicato o sotto sale. Già nel 50 a. C. i romani conservavano alimenti sott’olio, mentre nel 32 a. C. conservavano il prosciutto affumicandolo e mantenevano fresche le ostriche in scatole piene di ghiaccio proveniente dai ghiacciai.

Con l’epoca dei grandi viaggi, alla fine del ‘400, l’esigenza di trasportare le scorte di cibo per lunghi periodi diventa strategica. Nella stiva delle navi dei pionieri dell’esplorazione ci sono soprattutto carne essiccata e pesce salato; per questa ragione i loro equipaggi conoscono la sventura dello scorbuto. I viaggi durano mesi, anche anni, durante i quali i marinai non possono mangiare né frutta né verdure ed è proprio la carenza di vitamine a causare la malattia mortale che decima gli uomini di molte navi fino alla prima metà del ‘700.

Alla fine del ‘700 il francese Francois Appert, mettendo in pratica le scoperte di un italiano, Giacomo Spallanzani, comincia a sperimentare un metodo per conservare per mesi cibo in bottiglia bollito a bagnomaria. Il sistema prenderà nome dal suo inventore e si chiamerà appertizzazione. Nel 1807 gli studi sulla conservazione di Appert ottengono un primo riconoscimento: il prefetto marittimo Brest attesta che le conserve preparate da Appert, imbarcate a bordo del veliero Stationnaire, si erano conservate alla perfezione. Nel 1810 Appert viene premiato per la sua scoperta dal Ministero degli Interni e pubblica un trattato per spiegare il metodo.

Mentre in Francia Appert si aggiudica il premio, in Inghilterra solo l’anno dopo John Hall e Bryan Donkin mettono a punto un procedimento di conservazione identico a quello di Appert e lo brevettano. Cosa che Appert si era dimenticato di fare. In principio Donkin e Hall applicano il metodo dell’appertizzazione alle conserve in bottiglia, quindi per la conservazione sotto vetro. Le bottiglie però sono fragili e i due inglesi iniziano a produrre conserve in contenitori di latta. Le prime scatole sono fabbricate a mano da uno stagnino che quando è molto bravo riesce a fare circa 100 scatole al giorno. Una volta aperte le scatolette, naturalmente i cibi vanno a male e di ciò si incolpa l’aria.
L’esploratore inglese John Ross è il primo, nella spedizione polare del 1818, a portare a bordo delle sue navi le scatolette di Donkin & Gable. All’epoca venivano inscatolati un tipo di minestra di verdure e 4 diversi tipi di carne di manzo. I viaggi polari sono lunghi e pieni di imprevisti. Nel 1845 quando le navi rimangono imprigionati nei ghiacci per due anni saranno le 8.000 scatolette imbarcate a sfamare gli uomini per tutto quel tempo.

Anche senza portare esempi così drammatici, è indubbio che un packaging come le scatolette di cibi a lunga conservazione abbia avuto una rivoluzionaria portata sulle sorti delle abitudini quotidiane dei consumatori. Pensiamo a quanto cibo oggi siamo in grado di conservare per lungo tempo evitandone lo spreco e la dispersione. Nel nostro piccolo, anche se non ci salva letteralmente la vita, una confezione di cibo in scatola ci risolve certamente mille problemi a cena!

Proviamo a guardarci attorno: di alluminio è veramente pieno il mondo. Lo troviamo in casa, in televisori e computer, in pentole, posate e accessori vari che trovano posto in cucina, per non parlare degli imballaggi che avvolgono gli alimenti che consumiamo quotidianamente: i coperchi dello yogurt, i tappi dell’acqua minerale, gli involucri dei cioccolatini, ecc. È diffusissimo nella fabbricazione dei mezzi di trasporto: lo troviamo, per esempio, nei treni e nelle auto, negli aerei e nelle navi, nelle biciclette super-leggere. Anche i caschi e le tende da campeggio utilizzano largamente questo metallo resistente e leggero, adatto a trasportare e a essere trasportato.
E non tutto l’alluminio si può vedere: sono in alluminio, ad esempio, i cavi che trasportano l’energia, e persino i fili elettrici che corrono invisibili nelle nostre case e che ci permettono di accendere la luce dentro le lampadine.

L’alluminio si può produrre a partire

• dal minerale, la Bauxite
• dalla rifusione del metallo stesso, ovvero dal riciclo dei rottami di alluminio.

L’alluminio prodotto a partire dal minerale è detto alluminio primario, quello ottenuto dalla rifusione dei rottami di alluminio, riciclato o secondario.

La produzione di alluminio primario attraverso il processo elettrolitico è energy-intensive. Proprio per questo l’ industria dell’ alluminio ha una lunga tradizione di miglioramento delle performance produttive relativamente all’uso di energia elettrica ed alle performance ambientali ad esso correlate. Per esempio, il consumo medio e le emissione ad esso correlate per tonnellata di alluminio primario sono state ridotte del 70% negli ultimi cento anni.

Oggi, per produrre 1t di alluminio primario sono necessarie 4t di bauxite (da cui si estraggono 2t di allumina), 0,5t di elettrodi e 14.000kWh di energia.

L’ alluminio primario è prodotto in impianti di riduzione (smelters) dove l’ alluminio puro viene estratto dall’allumina attraverso il processo elettrolitico Hall-Hèroult. La trasformazione dell’ allumina in alluminio liquido avviene ad una temperatura di 950 °C in un bagno fluorinato attraversato da corrente elettrica ad alta intensità. Il processo elettrolitico avviene nelle cosiddette celle elettrolitiche dove catodi di carbonio formano il fondo della cella e agiscono come elettrodi negativi.

Le tecniche per trasformare l’alluminio fuso nei prodotti ad uso commerciale sono varie e si dividono in:

• Colata continua e semicontinua
• Laminazione
• Estrusione
• Trafilatura
• Getti di fusione
• Forgiatura
• Estrusione per impatto

L'alluminio secondario deriva dal recupero di imballaggi e altri oggetti di alluminio che derivano dalla raccolta differenziata e che giungono agli impianti di separazione e primo trattamento.
Qui, grazie ad un particolare separatore che funziona a correnti parassite, vengono separati da eventuali metalli magnetici (ferro) o da altri materiali diversi (vetro, plastica, etc.). Vengono poi pressati in balle e portati alle fonderie, dove, dopo un controllo sulla qualità del materiale, vengono pre-trattatati a circa 500° per liberarli da altre sostanze estranee. La fusione avviene poi in forno alla temperatura di 800°, fino ad ottenere alluminio liquido che viene trasformato in lingotti. generalmente basati sulla famiglia di leghe alluminio-silicio a cui si aggiungono altri metalli quali il rame e il magnesio.
Questi lingotti, prodotti nel rispetto delle normative internazionali e nazionali, sono normalmente destinati alla produzione di componentistica in alluminio derivato da questa fusione. L’alluminio recuperato, di qualità identica a quello originale, viene impiegato in edilizia, meccanica e casalinghi oltre che nel settore degli imballaggi.

Qualsiasi bene, al termine del ciclo di vita, viene dismesso ed avviato allo smaltimento, oppure in alternativa, ove possibile, al recupero ed al riciclo o riutilizzo; chiaramente, in un’economia di mercato la possibilità di recupero di un bene dimesso è direttamente legata al suo valore residuo, nel senso che tanto maggiore è quest’ultimo, tanto più forte sarà la leva per favorirne il ritorno in ciclo. Sotto questo punto di vista l’alluminio e le sue leghe sono dei materiali straordinari, in quanto possono essere riciclati indefinitamente senza apprezzabili penalizzazioni qualitative. La quasi totalità dell’energia assorbita nelle fasi di produzione primaria del metallo, per l’esattezza il 95%, viene conservata nel materiale e rimessa in gioco al momento della rifusione del rottame; la produzione di un kg di alluminio di riciclo ha quindi un fabbisogno energetico che equivale solo al 5% di quello di un kg di metallo elettrolitico (processo tradizionale per la produzione di alluminio da minerale); per questi motivi i rottami di alluminio hanno valorizzazioni di mercato di tutto rilievo e risulta economicamente conveniente il loro recupero e riciclo.

Oggi quasi il 40% della produzione mondiale di alluminio proviene da metallo recuperato.

Da molti anni, ormai, l’industria italiana del riciclo dell’alluminio detiene una posizione di rilievo nel panorama mondiale per quantità di materiale riciclato. Il nostro Paese è infatti terzo al Mondo assieme alla Germania dopo Stati Uniti e Giappone: circa il 90% dell’alluminio prodotto in Italia proviene dal riciclo!

La raccolta differenziata, il riciclo e recupero dell’alluminio apportano numerosi benefici alla collettività in termini di:

- Economia, il riciclo dell’alluminio è un’attività particolarmente importante per l’economia del nostro Paese, storicamente carente di materie prime.
- Energia. il riciclo dell’alluminio permette di risparmiare il 95% dell’energia necessaria a produrlo dalla materia prima.
- Materia, il riciclo degli imballaggi in alluminio permette di recuperare materia prima preziosa, utilizzabile per la realizzazione di nuovi prodotti.
- Ambiente, il riciclo dell’alluminio permette di salvaguardare l’ambiente e le sue importanti risorse naturali.

Per queste ragioni, sempre più oggetti di uso comune sono realizzati con materiale riciclato. È il caso dell'industria automobilistica, dove il 90% dell'alluminio utilizzato per produrre i cerchioni è riciclato, così come il 30% di quello utilizzato nella realizzazione di pistoni e cilindri e il 40% di quello impiegato per la struttura complessiva dell'auto. Per altri oggetti le percentuali sono ancora maggiori: le caffettiere prodotte in Italia sono ormai fatte al 100% di alluminio riciclato, mentre per le pentole siamo al 90%.

Curiosità: Il caso della linguetta 

Introdotte sul finire degli anni Cinquanta, le lattine per bibite sono gli oggetti in alluminio più riconoscibili nonostante i numerosi interventi di restyling subiti negli anni, come il passaggio dall'apertura a strappo a quella a pressione, avvenuta nel 1978.

Sino a quella data l'apertura delle lattine utilizzava il sistema easy open, ossia con lo strappo della linguetta verso l'alto, che nella pratica significava la dispersione nell'ambiente delle lamine. Per ovviare al problema e recuperare anche quella frazione di alluminio, dal 1978 è in uso il sistema di apertura stay-on tab, quello in cui la linguetta rimane attaccata alla lattina. Questa modalità, che in Italia è stata introdotta solo alla fine degli anni Novanta, ha reso necessario utilizzare tre diverse leghe di alluminio, per corpo, coperchio e apertura, così da avere un materiale abbastanza cedevole da rompersi, piegarsi e rimanere agganciato alla lattina.

Oggi le lattine sono fondamentali nel riciclo dell'alluminio: ne servono 3 per realizzare una montatura per occhiali, 37 per una caffettiera, 130 per un monopattino, 800 per una bicicletta.