Università degli studi di Trento

Facoltà di Ingegneria

Laurea specialistica in Ingegneria dei Materiali indirizzo Industrie Alimentari

 

 

UTILIZZO DELL’ALLUMINIO NELLA CONSERVAZIONE E IMBALLAGGIO DI ALIMENTI

 

 

Corso di Metallurgia dei Metalli non Ferrosi

 

Prof. Diego Colombo

 

Anno accademico 2007/2008

 

Claudio Fruet

 

Sommario

ALLUMINIO.. 3

MATERIALE DI ORIGINE. 3

PRODUZIONE DI ALLUMINA PER VIA CHIMICA.. 5

RIDUZIONE DELL’ALLUMINA TRAMITE ELETTTROLISI 6

CARATTERISTICHE POSITIVE E NEGATIVE. 9

LEGGEREZZA.. 9

CONDUCIBILITÀ TERMICA.. 10

CONDUCIBILITÀ ELETTRICA.. 10

LA RESISTENZA ALLA CORROSIONE. 10

STORIA DELL’ALLUMINIO.. 11

PRINCIPALI LEGHE. 12

IMBALLAGGI E CONTENITORI ALIMENTARI 14

LATTINE. 15

FOGLI DI ALLUMINIO.. 17

VASCHETTE E SCATOLETTE IN ALLUMINIO.. 18

PENTOLAME IN ALLUMINIO.. 19

ALTRI UTILIZI NEL SETTORE ALIMENTARE. 20

DIFFUSIONE DELL’ALLUMINIO NEGLI ALIMENTI 20

ASSIMILAZIONE ED IMMAGAZZINAMENTO.. 21

DOSAGGIO E TOSSICITÀ.. 21

STUDI E NORMATIVE RIGURDANTI L’ALLUMINIO.. 22

RICICLAGGIO.. 23

BIBLIOGRAFIA.. 26

 


 

ALLUMINIO

 

L’alluminio (Al) è un elemento chimico contraddistinto nella Tavola degli Elementi da peso atomico 26,98 e da numero atomico 13.

È uno degli elementi più diffusi nella litosfera, presente in forma di silicati e di ossidi in molti minerali della crosta terrestre, della quale costituisce circa l’8%. Allo stato nativo non è mai stato trovato. Esso infatti si trova combinato con altri elementi ed è presente in numerosi minerali come: feldspati, plagioclasi, miche, minerali argillosi, corindone.

Sebbene sia un metallo relativamente recente, in quanto i brevetti per la produzione risalgono alla fine dell’800, l’alluminio oggi è il più usato fra i metalli non ferrosi ed il suo consumo, puro o in lega, ha subito un rapido incremento, grazie alle sue molteplici qualità che ne hanno consentito l’impiego in diversi settori.

L’alluminio può essere:

·        di prima fusione: quando è derivato direttamente dai minerali d’origine;

·        di seconda fusione: quando è ottenuto dal riciclo di ritagli e i rottami di oggetti in alluminio che hanno completato il loro ciclo di vita.

L’alluminio è un metallo che cristalliza in struttura CFC la cui cella elementare ha uno spigolo che misura 4,0495Å. L’alluminio è un metallo leggero con una densità di 2698 kg/m3.

 

MATERIALE DI ORIGINE

 

Il minerale più importante per la produzione del metallo è la bauxite (Al2O3 •nH2O), una roccia di colore dal rosso bruno al giallo che è composta da una miscela di allumine idratate e idrossido di alluminio (Al(OH)3), più idrossido ferrico, silice, ossidi di titanio e manganese in piccole quantità e da sostanze argillose.

 

 

Figura 2. Bauxite.

 

Altri minerali d’origine dell’alluminio sono: la criolite, la leucite, il coridone, la nefelina, la laterite, la labradorite e le miche, ma le tecniche di estrazione da questi minerali sono molto più complesse e quindi costose. Pur essendo i giacimenti di bauxite concentrati prevalentemente in paesi del terzo mondo o in paesi in via di sviluppo, gli impianti di trasformazione dell’alluminio sono localizzati in USA, ex URSS, Canada, Australia, Brasile, Cina e Norvegia.

 

ESTRAZIONE E PRODUZIONE DELL’ALLUMINIO

 

L’alta refrattarietà e l’alta temperatura di fusione dell’allumina non consente di ricavare il metallo mediante processi di riduzione pirometallurgici. D’altra parte non è possibile ottenere l’allumino direttamente dalla bauxite mediante processi elettrolitici, in quanto ferro e silicio, presenti in quantità apprezzabili nel materiale, verrebbero a codepositarsi al catodo: è quindi necessario un processo preliminare per ottenere allumina della massima purezza.

 

L’alluminio, scoperto nel 1825 ad opera del danese Oersted, prima dell’avvento della dinamo veniva prodotto sufficientemente puro trattando a caldo il suo cloruro con sodio. Tale processo risultava molto costoso al punto che l’alluminio veniva considerato al pari di un metallo prezioso. Solo a seguito dell’invenzione della dinamo che consentiva di produrre le quantità di energia elettrica necessarie per il processo elettrolitico l’alluminio ebbe un notevole sviluppo industriale.

Attualmente la produzione dell’alluminio “di prima fusione” avviene sostanzialmente secondo due fasi principali:

        I.            Per via chimica attraverso la trasformazione della bauxite in ossido di alluminio puro Al2O3, detto comunemente allumina;

II.            Riduzione per elettrolisi dell’allumina, la quale viene fusa insieme a criolite AlF3 • 3NaF ad una temperatura di circa 1000°.

L’alluminio così ottenuto può presentare diversi gradi di purezza variabili tra 99,5-99,9%, in funzione del numero di raffinazioni elettrolitiche a cui è sottoposto il metallo.

Questa procedimento comporta un notevole costo energetico: per la produzione di un chilo di alluminio primario si ha un consumo circa di 17-20 kWh di energia elettrica per il solo trattamento di elettrolisi.

 

PRODUZIONE DI ALLUMINA PER VIA CHIMICA

 

Sono stati messi a punto vari processi per l’ottenimento di allumina pura, ma attualmente il procedimento maggiormente impiegato è quello Bayer. Esso si basa sulla reazione della bauxite con una soluzione concentrata di soda caustica a pressione e temperatura relativamente elevate.

La bauxite frantumata ed essiccata viene ridotta in polvere in appositi mulini fino ad ottenere la cosiddetta “farina di bauxite”.

Questa viene trattata con idrossido di sodio (soda caustica) alla temperatura di 180°C, alla pressione di 15 atm. In queste condizioni l’allumina contenuta nel minerale reagisce con la soda caustica dando luogo alla formazione di metalluminato NaAlO2.

 

Al2O3nH2O + NaOH ↔ Al2O3Na2O + (n+1) H2O

 

Le impurezze, costituite da sali di ferro, di titanio e di silicio, sono separati dalla soluzione di metalluminato sodico per decantazione e filtraggio. Dalla soluzione filtrata di metalluminato, per idrolisi precipita in gran parte l’idrato di alluminio Al(OH)3. Successivamente l’idrato così ottenuto, dopo un lavaggio, viene calcinato alla temperatura di 1200°C e quindi trasformato in allumina anidra non igroscopica adatta per la fabbricazione dell’alluminio. Si ottiene così allumina di alta purezza (Al2O3 al 99,5-99,6%).

Per la produzione di 1 kg di allumina sono necessari tra i 3 e i 4 kWh e circa 2-2.5 kg di bauxite.

 

 

RIDUZIONE DELL’ALLUMINA TRAMITE ELETTTROLISI

 

L'allumina calcinata, ottenuta dal processo chimico, è ridotta in metallo in celle elettrolitiche collegate in serie ad un generatore di corrente diretta.

Il processo si svolge in celle costituite da vasche rettangolari di grandi dimensioni, costruite in acciaio e mattoni refrattari su cui è sistemata una suola di grafite che funziona da catodo (essendo collegata al polo negativo di un generatore di corrente continua). Le celle contengono un elettrolita fuso, nel quale avviene la dissoluzione dell'allumina, costituito una miscela di criolite (3NaF·AlF3) fusa con additivi utilizzati per ridurre la temperatura di funzionamento delle cella elettrolitica a valori accettabili (960¸ 980°C) e per ottenere la corretta densità e conduttività del bagno indispensabili alla separazione dell'alluminio.

Barre rettangolari di carbone (grafite) vengono immerse nel fuso fino a giungere quasi a contatto con il fondo della cella e funzionano come anodo essendo, infatti, collegate al polo positivo del generatore di corrente continua ed agiscono come conduttori elettrici: regolando la distanza (circa 5 cm) tra anodo e catodo la corrente elettrica che attraversa il bagno fuso consente di mantenere, per effetto Joule, la temperatura ai valori necessari (960¸ 980°C), con riduzione delle mescole di allumina che si dissolve in alluminio e ossigeno.

L'alluminio si deposita al catodo, mentre l'ossigeno che si libera all'anodo reagisce con esso producendo CO e CO2 e ciò provoca un continuo consumo per combustione degli elettrodi: pertanto necessitano di una frequente sostituzione. Inoltre, poiché le impurezze dell'anodo passano nel bagno, è necessario che esso sia costruito con carbone (grafite) di elevato grado di purezza.

Normalmente si opera con una tensione fra gli elettrodi di circa 5-6 V. Industrialmente, per ragioni economiche, vengono poste in serie 100 – 150 celle per formare un gruppo alimentato in corrente continua di 500 – 900 V.

La corrente che attraversa ogni cella può anche arrivare a valori di 100000 A

Da tale processo l’alluminio si ottiene fuso sul fondo della vasca e viene periodicamente prelevato (di solito ogni 24 ore) mediante un sistema di aspirazione che consente il prelievo senza provocare un eccessivo mescolamento. Infatti la differenza di peso tra alluminio ed elettrolita è molto bassa e quindi un eccessivo mescolamento può portare ad ottenere un prodotto meno puro. L’alluminio prodotto con tale sistema può arrivare a gradi di purezza che si aggirano attorno al 99,6%. Si nota inoltre che le principali impurezze sono causate da ferro e silicio.

Per la produzione di 1 kg di alluminio sono necessarie 2 kg di allumina e circa 16 - 18 kWh di energia. In definiva per l’intero processo per ottenere 1 kg di alluminio sono necessari 4 kg di bauxite e 20 – 25 kWh di energia.

Per ottenere una successiva raffinazione, quando richiesto, si procede ad un secondo processo elettrolitico sull’alluminio fuso in elettrolita costituito da una miscela di cloruri e fluoruri a 750°C circa.

 

 

CARATTERISTICHE POSITIVE E NEGATIVE

 

Le sue caratteristiche positive sono:

·        leggerezza;

·        buona conduttività termica;

·        buona conducibilità elettrica, anche se inferiore a quella del rame;

·        buona resistenza alla corrosione;

·        possibilità di costituire leghe con altri metalli;

·        elevata plasticità e formabilità;

·        eccellenti doti estetiche; (si presta a trattamenti superficiali, come l'ossidazione anodica e la verniciatura, lavorazioni che permettono di ottenere particolari effetti decorativi);

·        elevata reattività chimica e in particolare un’alta affinità con l’ossigeno che lo porta a combinarsi con esso con grande sviluppo di calore;

·        buona resistenza agli acidi organici;

·        facilità di messa in opera;

·        facilità di riciclaggio dei rottami.

 

Caratteristiche negative

·        E’ un metallo anfotero, cioè può essere attaccato dagli acidi e dalle basi, per questo motivo viene impiegato per lo più sotto forma di lega con altre sostanze per migliorarne le sue caratteristiche fisico-meccaniche;

·        ha modeste proprietà meccaniche;

·        la sua produzione comporta notevoli consumi energetici;

·        comporta difficoltà di saldatura;

·        è facilmente attaccabile dalle sostanza alcaline e dall’acqua marina.

 

LEGGEREZZA

 

È la prima caratteristica a cui l’alluminio fa pensare, a tal punto , da molto tempo, l’espressione “leghe leggere” è utilizzata per indicare le leghe di alluminio. L’alluminio è il più leggero dei metalli di corrente impiego : il suo peso specifico è pari, come già detto a 2,70 kg/dm3. L’esperienza insegna che il peso di una struttura in lega di alluminio è all’incirca del 50% rispetto ad un’analoga struttura in acciaio inox. Ciò è possibile considerando il modulo elastico dell’allumino (un terzo di quello dell’acciaio), nonchè la resistenza a fatica delle strutture saldate e bullonate. Infatti, non si possono trasferire tal quali alle leghe di alluminio le regole utilizzate per l’acciaio in quanto l’alluminio e le sue leghe non presentano un limite a fatica.

 

CONDUCIBILITÀ TERMICA

 

L’alluminio puro possiede un’eccellente conducibilità termica. La conducibilità termica varia a seconda della composizione chimica e dello stato metallurgico delle diverse leghe di alluminio. Questa proprietà spiega perché, da molto tempo, le leghe di alluminio sono molto diffuse nella produzione di utensili o di articoli casalinghi. (pentole, ecc). La buona conducibilità termica dell’alluminio e delle sue leghe ha favorito anche il suo sviluppo nella fabbricazione di scambiatori di calore e impianti di climatizzazione.

 

CONDUCIBILITÀ ELETTRICA

 

La conducibilità elettrica dell’alluminio puro è pari a circa il 65% di quella del rame. È naturalmente questa la ragione per cui l’alluminio puro e alcune delle sue leghe vengono utilizzati come conduttori in numerose applicazioni elettriche.

 

LA RESISTENZA ALLA CORROSIONE

 

L’alluminio ha una notevolissima affinità con l’ossigeno ed inoltre la sua posizione nella scala elettrochimica non è certamente delle più favorevoli, in quanto esso è uno dei metalli più elettropositivi: il suo potenziale di elettrodo rispetto all’idrogeno è 1,66V. Queste caratteristiche fanno pensare ad una bassa resistenza alla corrosione dell’elemento, ma non è cosi. La resistenza dei manufatti in alluminio o della sua lega è dovuta infatti ad un strato di ossido compatto che si forma rapidamente in ambiente ossidante e che, ricoprendo il metallo superficialmente, lo protegge da ulteriori attacchi della corrosione. Poiché l’ossido formatosi è assai stabile e non tende ad attaccare il metallo sottostante, esso ha effetto passivante. Da notare è che l’azione di alcali o acidi forti sono in grado di sciogliere la pellicola di ossido e quindi l’alluminio diventa facilmente attaccabile. Il potere protettivo può essere notevolmente aumentato con un processo detto “ossidazione anodica ” o “anodizzazione” nel corso del quale il pezzo viene collegato all’anodo di una cella elettrolitica ottenendo l’aumento dello spessore dello strato di ossido protettivo.

 

STORIA DELL’ALLUMINIO

 

Già gli antichi greci e romani usavano l'allume che era prodotto dalla lavorazione della alunite, un solfato d'alluminio che si trova in natura.

L'allume era fondamentale nell'industria tessile come fissatore per colori, per le stampe su pergamena, per la concia delle pelli, la produzione del vetro e, come emostatico, per curare le ferite. L’alluminio si può considerare pero 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.

L'alluminio deriva il suo nome da Alum, più tardi allume, un solfato di alluminio come gia detto conosciuto ed utilizzato sin dall’antichità.

La scoperta dell'Alluminio risale al 1807 quando il chimico inglese Sir Humphrey Davy (1778 –1829) ipotizzò che l’"alum" fosse il sale di un metallo ancora sconosciuto a cui diede il nome di "alumium", successivamente modificato in "aluminium". Il tentativo di Davy di ottenere l'alluminio attraverso un processo di elettrolisi di una soluzione di ossido di alluminio e potassa non diede, però, esiti positivi.

L’alluminio fu isolato per la prima volta nel 1825 dal chimico danese Hans Christian Oersted. Nel corso dei vent'anni successivi le ricerche condotte dal chimico tedesco Friedrich Wöhler, permisero di misurarne la densità relativa, ponendo in evidenza la particolare leggerezza del metallo. Fu proprio questa scoperta ad animare il mondo scientifico e ad attrarre maggiori fondi per la ricerca. Nonostante i miglioramenti conseguiti nel tempo, il metodo usato fino ad allora non consentiva la produzione a carattere industriale.

Nel 1854 il francese Henri Sainte-Claire Deville, ottenne alluminio riducendo cloruro di alluminio con sodio, ma solo nel 1886 lo statunitense Charles Martin Hall e il francese Paul L.T. Héroult scoprirono, indipendentemente l'uno dall'altro, che l'ossido di alluminio, o allumina, si scioglie facilmente nella criolite fusa e può quindi essere decomposto per via elettrolitica nel metallo grezzo fuso.

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.

Il processo Hall-Héroult costituisce tuttora il metodo principale usato per la produzione di alluminio, sebbene nuovi metodi siano ancora oggetto di ricerca. La purezza del prodotto è stata incrementata fino a ottenere alluminio puro al 99,5%; il metallo può essere poi ulteriormente raffinato fino al 99,99%.

Prima del 1886 le applicazioni dell'alluminio, il cui costo di produzione era elevatissimo, erano limitate al campo della gioielleria e dell'oggettistica d'arte; dopo quella data iniziarono le prime applicazioni industriali, nel campo della cantieristica navale, dell'edilizia e delle applicazioni elettriche.

Le prime leghe commerciali, intese ad aumentare le caratteristiche meccaniche dell'alluminio industrialmente puro, comparvero tra il 1890 e la fine del secolo; nel 1905 venne evidenziato il fenomeno della tempra delle leghe leggere, e nel 1910 fu brevettata una lega contenente il 4% di rame e lo 0.5% di magnesio, denominata, dal luogo di produzione, duralluminio; tale lega, in composizione estremamente simile all'originale, è ancor oggi prodotta ed utilizzata.

 

PRINCIPALI LEGHE

 

L’alluminio per le sue modeste proprietà meccaniche viene generalmente impiegato sotto forma di lega con altri metalli, che migliorano le sue caratteristiche meccaniche, senza comprometterne alcune proprietà peculiari, come la resistenza alla corrosione e la conducibilità elettrica.

Sotto forma di lega l’alluminio offre capacità di resistenza meccanica comparabili con quelle dell’acciaio (50-60 kg/mm2).

I metalli che possono essere aggiunti alla lega sono essenzialmente: rame, silicio, miscele di magnesio e silicio, di magnesio e zinco, oppure di magnesio, zinco e silicio.

·        il silicio (Si): migliora la colabilità e la resistenza alle alte temperature;

·        il magnesio (Mg): migliora la leggerezza, la duttilità e la lavorabilità. Inoltre ha un effetto sbiancante, dovuto all’indice di rifrazione molto simile a quello dell’ossido di Alluminio;

·        lo zinco (Zn): forma uno strato molto protettivo, fino al 5% di concentrazione, sia privo di colorazione, che ad apparenza marmorea;

Inoltre per particolari esigenze tecnologiche o metallurgiche, possono anche essere aggiunti, ma in minore quantità metalli come: il titanio (Ti), il manganese (Mn) e il cromo (Cr).

Le leghe di alluminio vengono raggruppate in "Serie", in base alla loro designazione, come di seguito descritto:

Serie 1000: (alluminio industrialmente puro almeno al 99%); le leghe di questa serie sono caratterizzate da eccellente resistenza alla corrosione, conducibilità termica ed elettrica elevate, buona lavorabilità, caratteristiche meccaniche piuttosto basse. Le caratteristiche meccaniche di queste leghe possono essere aumentate, entro certi limiti, mediante l’incrudimento. Le principali applicazioni comprendono scambiatori di calore, conduttori e condensatori elettrici, impianti chimici, corpi riflettenti, , applicazioni architettoniche e decorative.

Serie 2000: (avional); il principale elemento di lega è il rame; in alcune leghe vi sono aggiunte di magnesio e manganese. Si tratta di leghe da trattamento termico infatti dopo trattamento termico sviluppano caratteristiche meccaniche confrontabili con quelle degli acciai al carbonio.

Vengono utilizzate per parti e strutture che richiedono elevati rapporti resistenza/peso come ruote di velivoli e mezzi di trasporto terrestre, strutture aeronautiche, sospensioni automobilistiche e per temperature di impiego fino a circa 150 °C. Sono caratterizzate da eccellente lavorabilità alle macchine utensili e (tranne la lega 2219) da limitata saldabilità per fusione.

Serie 5000: (peraluman); il principale elemento di lega è il magnesio. Si tratta di leghe da incrudimento in cui le caratteristiche meccaniche possono essere aumentate mediante laminazione a freddo, mentre non si possono aumentare mediante trattamento termico; le caratteristiche meccaniche sono in generale inferiori a quelle delle leghe della serie 2000. La resistenza alla corrosione è alta, anche in ambiente marino e presentano una buona saldabilità.

Serie 6000: (anticorodal); i principali elementi di lega sono silicio e magnesio. Si tratta di leghe da trattamento termico che dopo tale trattamento sviluppano caratteristiche meccaniche intermedie. Presentano buona formabilità, lavorabilità, truciolabilità e saldabilità e vengono utilizzate per applicazioni architettoniche, telai motociclistici e ciclistici, strutture saldate in genere.

Serie 7000: (ergal); Il principale elemento di lega è lo zinco, in generale con aggiunte di magnesio. Tali leghe dopo trattamento termico sviluppano le caratteristiche meccaniche più elevate tra le leghe di alluminio. Presentano buona lavorabilità alle macchine utensili e, nella maggior parte dei casi, scarsa saldabilità per fusione. Sono utilizzate soprattutto per strutture aeronautiche e mezzi di trasporto o in generale per parti altamente sollecitate.

Le leghe di alluminio, secondo l’Ente Nazionale Italiano di Unificazione – UNI – sono suddivise in due gruppi:

·        da lavorazione plastica, indicate con le lettere “P” – sono leghe che in seguito ad una deformazione a freddo (incrudimento) possono incrementare la loro resistenza meccanica;

·        da fonderia: contrassegnata con la lettera “G” – sono leghe adatte ad essere trattate termicamente, per cui presentano buona colabilità, assenza di cricche ed una buona ripartizione della porosità in seguito al ritiro che accompagna la solidificazione.

 

IMBALLAGGI E CONTENITORI ALIMENTARI

 

L’imballaggio e i contenitori alimentari sono un parte indispensabile nell’industria alimentare dei giorni nostri. Essi infatti garantiscono la qualità del prodotto, il trasporto e la distribuzione locale, regionale o anche mondiale del prodotto stesso, mettendo così a disposizione di una vasta parte di popolazione importanti risorse alimentari. Grazie ad esso, è inoltre possibile avere sul mercato per tutto l'arco dell'anno la maggior parte dei tipi di frutta e di ortaggi, sia che si tratti di prodotti locali o di importazione. Da non dimenticare inoltre il fatto che sempre più famiglie moderne fanno un uso sempre maggiore di cibi pronti, cibi in scatola o surgelati, in una diversa e vasta varietà di formati, per risparmiare tempo sia sulla cottura che sulla loro preparazione. Tutto questo è reso possibile dagli imballaggi.

Gli imballaggi si posso dividere in imballaggi primari, secondari o terziari. Gli imballaggi primari sono quelli che dove si confeziona il singolo prodotto pronto al consumo come ad esempio una lattina contente una bevanda. Questo gruppo contiene la maggior parte degli imballaggi in alluminio. Per imballaggio secondario si intende quell’imballaggio che costituisce un certo raggruppamento delle unità di vendita. Si definisce imballaggio terziario quell’imballaggio concepito per facilitare la logistica e il trasporto di un certo numero di unità di vendita o di imballaggi secondari.

Grazie alle sue caratteristiche intrinseche come la leggerezza, la resistenza agli urti e alla corrosione, l’ottima conducibilità termica, il fatto che è in grado di garantire un ottimo effetto barriera per proteggere dalla luce, dall’aria, dall’umidità e dai microrganismi l’alluminio è ideale per la produzione di imballaggi:. È da sottolineare inoltre il fatto che l’alluminio è atossico e, soprattutto, è riciclabile.

Il comparto dell’imballaggio rappresenta una delle aree dove l’intensità di impiego dell’alluminio si è caratterizzata nel corso degli ultimi anni con un tasso di crescita molto elevato. Ricordiamo che l’alluminio con la banda stagnata , al vetro, alla carta, al cartone, ed alle varie materie plastiche rappresenta uno dei materiali fondamentali per l’imballaggio; in questo contesto l’imballaggio occupa una parte abbastanza modesta (qualche punto percentuale in peso) rispetto a carta e vetro, anche se di buon rilievo se esaminata nel contesto delle destinazioni finali del metallo stesso. Da ricordare che la buona malleabilità e lavorabilità, la possibilità di realizzare una vasta gamma di tipologie di spessore e di finiture e l’alto rapporto resistenza-peso permettono di utilizzare un minor quantitativo di materiale rispetto agli altri imballaggi.

Di seguito verranno analizzati i principali contenitori alimentari quali: lattine, foglio sottile, pentolame, scatolette e vaschette per alimenti.

LATTINE

 

La grande popolarità delle lattine in alluminio deriva dai vantaggi che esse offrono ai produttori di imballaggio, all’industria utilizzatrice delle stesse, ai venditori ed ai consumatori. I produttori di alluminio operano una ricerca continua per ottenere un prodotto sempre più leggero, maneggevole e con proprietà meccaniche elevate che consenta di facilitare la successive operazioni che andrà a subire.

Dal canto loro gli imbottigliatori necessitano di un materiale che non si corrode o che non contamini il contenuto e che possa essere tranquillamente usato per il confezionamento di liquidi particolarmente sensibili. Inoltre, è necessario avere una base valida per reggere disegni.

Passando al settore della vendita al dettaglio, la leggerezza delle lattine di alluminio consente una maggiore e più facile maneggevolezza oltre che una riduzione del costo del trasporto. Le lattine sono forti, infrangibili e possono essere impilate, così da ottimizzare il carico durante il trasporto e lo spazio sugli scaffali.

Per il consumatore, la lattina di alluminio per bevande è conveniente, è garanzia di qualità, e proprio per la sua leggerezza e per la diversità di formati, essa rappresenta un contenitore ideale. La chiusura a strappo garantisce la conservazione del gusto e della qualità del prodotto confezionato.

Attualmente in Italia si consumano quasi 2 miliardi di latine all’anno.

Le lattine nascono attorno agli anni 20’ in America con lo scopo di conservare le bevande. Inizialmente erano in acciaio e formate da tre pezzi (fondo corpo tappo). Il successo fu immediato e si diffusero capillarmente negli anni trenta. Negli anni cinquanta Christopher Buckley rivoluzionò il concetto produttivo sostituendo l’acciaio con l’alluminio e realizzando il contenitore in due pezzi.

Nel 1962 negli USA viene introdotto il coperchio ad apertura facilitata "easy open". Inizialmente è il sistema "tear off" (a strappo con distacco totale dell'opercolo) inventato da Ernie Fraze. L'idea è vincente ma deve essere perfezionata.

Per ovviare inconveniente che l’opercolo staccandosi dal corpo della lattina poteva essere gettato nell’ambiente nel 1976 viene inventato il sistema "stay on tab", attualmente in uso, in cui l'azionamento di una leva provoca la lacerazione del coperchio lungo una linea predefinita a formare un opercolo e, senza provocarne il distacco dal coperchio, il suo ribaltamento all'interno della lattina.

La lattina viene prodotta attraverso imbuttitura profonda. Nella figura seguente sono evidenziati i principali passi per la produzione.

Il corpo della lattina è ottenuto con alluminio della famiglia 3000 e lo spessore è variabile da 0,22 a 0,30 mm. Il coperchio è ottenuto con leghe di alluminio a medio contenuto in magnesio (2,1%).

Grosso problema delle lattine è dato dal fatto che il loro consumo sia che la lattina presenti il sistema di apertura a strappo (tear off) sia a ribaltamento della linguetta all'interno della lattina (stay on tab) non offre alcuna adeguata protezione igienica.

La bevanda, consumata direttamente dal contenitore o versata in un bicchiere, fuoriuscendo viene necessariamente a contatto con la parte esterna del coperchio ed il suo bordo dilavandone le sostanze inquinanti accidentalmente presenti. Si sono verificati vari casi di intossicazione causati dal fenomeno precedentemente descritto, per completezza di informazioni si ricorda l’intossicazione di 250 persone in Belgio e 50 in Francia avvenuta nel giugno del 1999 a causa di un fungicida finito sul coperchio delle lattine.

Tra i fattori inquinanti troviamo quelli di origine biologica (ambientale, animale, umana) cosi come prodotti chimici tossici comunemente usati per la disinfestazione e pulizia dei magazzini.

 

 

FOGLI DI ALLUMINIO

 

Il foglio sottile in alluminio venne impiegato per la prima volta nel 1911 per il confezionamento delle tavolette di cioccolato: da allora è comunemente usato in ambito alimentare e non solo per le sue notevoli proprietà di conservazione, protezione e facilità d’uso .

Il foglio di alluminio per imballaggio è disponibile in diversi spessori, con una gamma che va dai 6 ai 200 micron. E' in grado di offrire una straordinaria combinazione di proprietà che rendono più semplice la produzione, lo stoccaggio, la distribuzione, la vendita e l'impiego di molti prodotti industriali e di consumo.

Il foglio di alluminio permette la conservazione degli alimenti per lunghi periodi limitandone il deterioramento. E’ necessaria solo una minima quantità di alluminio per garantire un fattore di protezione relativamente alto comportando una ottima conservazione degli alimenti.

La superficie dell’allumino può essere stampata, accoppiata e verniciata con una vasta gamma di tipologie di carta e polimeri. In virtù dell'alto rapporto resistenza-peso, l'alluminio soddisfa le specifiche di rendimento strutturale richieste dai designer degli imballaggi, aggiungendo un minimo peso al prodotto che protegge.

L'imballo realizzato in alluminio flessibile viene impiegato per contenere, proteggere e decorare svariate tipologie di prodotto come minestre, snack, tabacco e cosmetici, cioccolata, cibo surgelato, prodotti caseari, grassi vegetali e compresse. L’utilizzo del foglio di alluminio di pochi micron nei cartoni per bevande permette il confezionamento di prodotti a lunga conservazione. Da non dimenticare che il foglio di alluminio è presente anche nel tetrapak in percentuale del 5%. In questo caso le proprietà di conservazione dell’alluminio sono accoppiate a quelle di carta e polietilene.

Il foglio in alluminio ha guadagnato anche un posto speciale nella protezione e nella presentazione di compresse e capsule ad uso farmaceutico o dietetico.

I coperchietti termo-adesivi vengono utilizzati per sigillare diverse tipologie di prodotto: bottiglie per sughi, prodotti farmaceutici, yogurt.

 

 

 

VASCHETTE E SCATOLETTE IN ALLUMINIO

 

Le vaschette sono comuni in ambito alimentare, vengono prodotti da un nastro di alluminio prelubrificato e possono essere di svariate forme e misure. Le vaschette si possono divede in vaschette a pareti pieghettate o con pareti lisce. Anche se realizzati con l'impiego di un sottile nastro di alluminio laminato, questi contenitori sono in grado di fornire comunque una forma di imballaggio semi rigido. Proprio per la loro versatilità nel processo di riempimento e distribuzione, vengono comunemente impiegati per contenere prodotti come, ad esempio, cibi da asporto, dessert, pasti surgelati precotti, torte, cibo per animali, carne, marmellata, ecc. Questo tipo di confezionamento è risultato essere molto utilizzato in quanto può essere utilizzato come base per il prodotto durante la sua lavorazione e produzione ed essere chiuso con un coperchio in modo semplice ed efficace.

Per quanto riguarda la vaschette la loro produzione ha avuto un notevole impulso dopo l’avvento delle aperture “easy open”cioè l’apertura a strappo. Più recentemente è stata introdotta l’apertura “easy peel”che prevede una piega sul coperchio la cui funzione è quella di proteggere la parte tagliente scoperta dopo l’apertura, evitando il taglio in caso di contatto accidentale con le dita del consumatore.

L’abbinamento con barattoli di forme particolari (scodella, cupola, rettangolare), ottenibili tramite la tecnologia dell’imbutitura, consente di realizzare degli imballaggi originali e personalizzati in base alle esigenze del consumatore.

 

 

PENTOLAME IN ALLUMINIO

 

Il pentolame non è un imballaggio in alluminio ma viene comunque trattato in quanto molto utilizzato e a contatto con molti alimenti.

L’alluminio è molto utilizzato per la produzione di pentole in quanto ha un’alta conducibilità termica che si aggira intorno ai 225 W/m°K. Questo consente un notevole risparmi energetico durante la cottura e una migliore distribuzione del calore all’interno del cibo che si sta cuocendo. Caratteristiche negative sono il fatto che l’alluminio può reagire con alcuni alimenti (di solito quelli molto acidi) portando quindi ad inquinare lo stesso. Sono consigliate quindi pentole in alluminio anodizzato che hanno una resistenza maggiore.

 

 

ALTRI UTILIZI NEL SETTORE ALIMENTARE

 

Altri utilizzi dell’alluminio per la conservazione degli alimenti sono i tubetti flessibili, i tappi a vite.

Il tubetto è molto utilizzato nella conservazione degli alimenti e mantiene il prodotto conservati in esso di ottima qualità anche dopo svariate aperture e chiusure dello stesso. L’esempio tipico è il tubetto della maionese oppure del concentrato di pomodoro.

Il tubetto è un imballaggio molto sicuro in quanto garantisce una protezione totale. Il suo volume si adatta al contenuto, assicurando l’assenza d’aria e l’inalterabilità del prodotto

Per quanto riguarda il tappo a vite viene utilizzato per le sue caratteristiche meccaniche, per la resistenza all’ossidazione e per il costo relativamente contenuto.

 

DIFFUSIONE DELL’ALLUMINIO NEGLI ALIMENTI

 

L’alluminio è un oligoelemento che può essere pericoloso e persino mortale se assunto in quantità eccessive. La funzione dell’alluminio nella nutrizione umana non è stata ancora stabilita. Si sa comunque per certo che l’alluminio indebolisce i tessuti del canale alimentare. Molti degli effetti nocivi dell’alluminio vengono dalla distruzione delle vitamine. L’alluminio infatti si combina con molte altre sostanze impedendone l’uso al corpo.

L’alluminio è parte di molti alimenti di origine animale e vegetale. Gli alimenti che maggiormente contribuiscono all’assunzione alimentare di alluminio sono i cereali e i prodotti a base di cereali (come pane, dolci, biscotti e pasticceria), verdure (come funghi, spinaci, rafano e lattuga), bevande (come tè e cacao) e alcuni alimenti per lattanti. Può anche essere trovato nell’acqua potabile perché il solfato d’alluminio è un elemento usato nel processo di purificazione dell’acqua. L’alluminio viene inoltre aggiunto generalmente al sale da cucina per evitarne l’indurimento. Come già detto esso viene molto utilizzato nelle pellicole per avvolgere alimenti, negli utensili da cucina e in molti altri contenitori che sono a diretto contatto con gli alimenti.

ASSIMILAZIONE ED IMMAGAZZINAMENTO

 

L’alluminio viene facilmente assorbito dal corpo e accumulato nelle arterie. Le maggiori concentrazioni si possono trovare nei polmoni, nel fegato, nella tiroide e nel cervello. Generalmente la maggior parte dell’alluminio assunto dal corpo viene poi eliminato.

La maggior parte dell’alluminio assunto con l’alimentazione viene dagli additivi alimentari (come nel caso dei formaggi lavorati) o da cibi che presentano già al loro interno alluminio, non è da dimenticare pero che alimenti acidi, come il rabarbaro, se vengono cotti in recipienti di alluminio possono assorbire piccole quantità del minerale. Il corpo si adatta ad assunzioni di dosi maggiori col tempo, ma in alcuni individui questo adattamento può essere più difficile.

 

DOSAGGIO E TOSSICITÀ

 

Il contenuto totale di alluminio nel corpo di un individuo adulto varia da 0 a 150 milligrammi. La quantità media ingerita giornalmente va dai 10 ai 100 milligrammi. Di questa quantità il corpo riesce facilmente a eliminare una percentuale che va dal 74 al 96%. Quantità medie contenute negli alimenti non interferiscono con l’assorbimento e l’utilizzazione del calcio, del fosforo, dello zinco, del rame, del selenio, del ferro e del magnesio. Si ritiene che l’alluminio possa,in qualche maniera, ostacolare l’assorbimento del fluoruro, ma sull’argomento devono essere fatti maggiori studi.

Quantità eccessive di alluminio possono dare sintomi da avvelenamento come stitichezza, coliche, perdita dell’appetito, nausea, disturbi dermatologici, spasmi muscolari agli arti inferiori, sudorazione eccessiva, e perdita di energia.

Grosse dosi di alluminio possono causare osteomalacia nei dializzati. I problemi cronici ai reni causano un aumento delle malattie provocate dall’alluminio.

Piccole quantità di sali solubili di alluminio presenti nel sangue causano una forma di avvelenamento lenta, caratterizzata da paralisi motoria e intorpidimento di alcune parti del corpo con degenerazione grassa dei reni e del fegato.

L’intossicazione è stata associata a disturbi della terza età. L’applicazione di quantità infinitesimali di alluminio sulla superficie cerebrale di alcuni animali ha causato crisi epilettiche e convulsioni. Altri esperimenti hanno dimostrato che iniettando sali d’alluminio nel fluido che circonda il cervello si ottengono sintomi simili a quelli della demenza senile.

 

STUDI E NORMATIVE RIGURDANTI L’ALLUMINIO

 

Attualmente, a livello nazionale, l’alluminio non è regolamentato in maniera specifica e rientra pertanto nelle disposizioni di carattere generale del DL n. 108 del 25 gennaio 1992 e del DPR n. 777 del 23 agosto 1982.

La tendenza, negli ultimi anni, è comunque quella di avviarsi verso una regolamentazione nazionale specifica per l’alluminio utilizzato a contatto con gli alimenti. I due provvedimenti sopra elencati riassumo quanto già stabilito dalla legge n. 283 del 1962 che fissa due principi di base applicabili a tutti i materiali posti a contatto con gli alimenti; questi non devono in alcuna maniera cedere sostanze che rendano nocivi gli alimenti con cui sono a contato o alterarne le caratteristiche organolettiche.

In campo alimentare, l’alluminio trova applicazione sotto due forme, il tipo A (alluminio puro) impiegato soprattutto per vaschette per la cottura e la conservazione, pentolame (spesso ricoperti da strato antiaderente), film ecc e il tipo B (leghe a base di alluminio) impiegato soprattutto per oggetti “fusi”, ad esempio caffettiere o piastre per toast, comunque oggetti destinati a contatti per periodi di tempo limitati. Per quanto riguarda l’alluminio di tipo B la normativa di riferimento è la UNI EN 601 e UNI EN 602, normative europee che riportano le composizioni chimiche per gli oggetti fusi e fissano dei limiti precisi per gli elementi in lega con l’alluminio per il contatto con alimenti.

Da una ricerca condotta da un gruppo di esperti (AFC) su richiesta dell’EFSA hanno valutato la sicurezza dell’alluminio in tutte le fonti alimentari, fissando ad 1 milligrammo di alluminio per chilogrammo di peso corporeo la dose settimanale tollerabile.

L’esposizione alimentare complessiva all’alluminio è stata calcolata in base a studi condotti in vari paesi europei, che comprendono Paesi Bassi, Francia, Regno Unito e Svezia. Il gruppo di esperti scientifici ha riscontrato che tra un individuo e l’altro possono verificarsi ampie variazioni nell’esposizione alimentare. L’esposizione alimentare media di un adulto è risultata variare tra 0,2 e 1,5 mg/kg p.c. per settimana. Nei bambini e nei giovani le esposizioni più alte variavano da 0,7 a 2,3 mg/kg p.c. per settimana.

Da altri studi sperimentali si sono ottenuti interessanti dati sulla diffusione dell’alluminio negli alimenti. Per le prove sono state utilizzate vaschette in alluminio a contatto con differenti tipi di simulati alimentari, per un tempo che va da 0,5 ore a 10 giorni e con temperature comprese tra 5°C e 175°C. I risultati più interessanti si sono riscontrati nelle prove condotte in acido acetico 3% dove già dopo il primo giorno a 40°C si sono riscontrati valori di alluminio al di fuori della norma. Per una migliore comprensione si consiglia la lettura dell’articolo al link dspace.iss.it/dspace/bitstream/2198/-19126/1/0394-9303_2005_S_18_03_11-15.pdf .

Si consiglia anche la lettura dell’articolo al link www.efsa.eu.int/EFSA/efsa_locale-1178620753820_1211902003996.htm.

 

 

RICICLAGGIO

 

Nel settore dei metalli non ferrosi e in particolare dell’alluminio è uno dei settori nei quali sono massimizzati i benefici del riciclo.

Non è da dimenticare inoltra che l’alluminio, essendo una lega, contiene svariati materiali nelle sue formulazioni per migliorare le proprie caratteristiche di forza e resistenza. Il suo riciclo quindi contribuisce anche all’uso sostenibile di risorse quali il zinco, rame, ferro, magnesio, manganese, e altri elementi. Numerose ricerche nel settore del riciclaggio dell’alluminio hanno dimostrato che la produzione di una tonnellata di alluminio riciclato comporta un risparmio di:

·        1.300 kg di residui di bauxite

·        15.000 litri di acqua di raffreddamento

·        860 litri di acqua usata nel processo

·        2000 kg di CO2

·        11 kg di SO2

L’energia necessaria per fondere i rottami di alluminio è solamente una frazione di quella necessaria per la produzione di alluminio primario.

Secondo alcuni studi il riciclo di scatole di alluminio può risparmiare tra il 60% ed il 74% dell’energia che è richiesta per produrli da materiali grezzi. Inoltre poiché la struttura atomica dell’alluminio non è alterata durante il processo di fabbricazione, l’alluminio può essere riciclato per un periodo indefinito di volte usando solamente il 5% dell’energia utilizzata per la produzione di alluminio primario.

Da dati dell’anno 2004 si sa che circa 12,7 milioni di tonnellate di alluminio sono state utilizzate, nell’Europa occidentale per la produzione di beni vari. Sapendo che la produzione di alluminio primario (derivante da bauxite ed elettrolisi) è di circa 5,2 milioni di tonnellate si può facilmente intuire che senza il riciclo dell’alluminio l’Europa occidentale avrebbe dovuto importare circa 7,5 milioni di tonnellate di alluminio.

Il settore dell'alluminio riciclato rappresenta un comparto importante nel panorama europeo dal punto di vista economico, occupazionale e strategico; l’Italia in particolare, assieme alla Germania, è in termini produttivi prima in Europa e terza a livello mondiale, dopo Stati Uniti e Giappone.

 

 

Si è accertato che è relativamente semplice riciclare rottami di alluminio preconsumo grazie alla relativa pulizia e certezza della loro composizione, il riciclo dei rottami postconsumo richiede invece processi e tecnologie particolari eventualmente preceduti da una fase di accurata selezione.

I rottami postconsumo derivanti dalla dismissione e recupero di beni a fine vita derivano da settori come quelli dei trasporti, della demolizione edilizia e del recupero dell’imballaggio.

 

L’imballaggio a fine vita è il settore dove storicamente il riciclo è più insediato, anche in relazione alla presenza di direttive europee specifiche. La quantità dell’imballaggio in alluminio a fine vita effettivamente avviato a riciclo dipende molto dallo schema di recupero avviato a livello nazionale. Le lattine sono la tipologia di imballaggi più nota e riciclata, a livello europeo il tasso di riciclo di questo imballaggio dal 1991 è più che raddoppiato dal 21% al 48% del 2004.

In Italia il consumo interno effettivo di imballaggi metallici è pari a 457.000 tonnellate di cui:. 400.000 tonnellate di acciaio e 57.000 tonnellate di alluminio.

Il recupero dell'alluminio ha permesso di intercettare il 30% di quanto viene prodotto, ma il consumo di lattine è in Italia tra i più bassi; infatti il consumo annuo pro capite è pari a 26 pezzi/abitante per anno, contro i 62 della Germania, i 96 della Svezia, i 119 della Gran Bretagna e i 400 degli Stati Uniti.

Nell’ultimo decennio la produzione italiana di alluminio riciclato è cresciuta del 64%, toccando nel 2005 le 654 mila tonnellate; questa quantità rappresenta il 77% dell’alluminio prodotto in Italia.

Di seguito viene presentato lo schema della produzione di alluminio riciclato.

 

BIBLIOGRAFIA

 

SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI MC Graw Hill William F.Smith

L’ALLUMINIO E LE LEGHE LEGGERE editore Ulrico Hoepli Milano Daniele Veschi

www.cial.it

www.wiki.it

www.aviometal.com

www.aviometal.com/alluminio.html

dspace.iss.it/dspace/bitstream/2198/-19126/1/0394-9303_2005_S_18_03_11-15.pdf

www.efsa.eu.int/EFSA/efsa_locale-1178620753820_1211902003996.htm

www.assomet.it