ALLUMINIO

 

Sebbene vi sia una notevolissima abbondanza di minerali di alluminio sulla crosta terrestre, solo al termine del secolo scorso fu possibile produrre, a prezzi economicamente vantaggiosi, quantità elevate di tale elemento. Questo a causa dell’altissima affinità dell’Al con O2, che rende molto difficile separarlo dal minerale.

Le proprietà sono interessanti, basso peso specifico, elevata conduttività elettrica, buona resistenza alla corrosione, tuttavia le scarse proprietà meccaniche hanno costretto i progettisti a rivolgersi a leghe di alluminio, piuttosto che usare il metallo puro.

 

 

PRODUZIONE DELL’ALLUMINIO

Il minerale più importante è la Bauxite che contiene allumina in misura sufficiente per una produzione economica del metallo. I principali depositi sono distribuiti nelle fasce tropicali e subtropicali del globo.

Per ottenere il metallo dalla bauxite si utilizzano due processi conosciuti da tempo:

  1. il processo Bayer per estrarre l'allumina dalla bauxite;
  2. il processo Hall-Heroult per ricavare da essa l'alluminio.

Per superare le difficoltà collegate all'elevato punto di fusione dell'allumina (2000°C circa), si mescola con della criolite fusa, che a 950¸ 1000°C ne può sciogliere sino al 15% e si sottopone questa soluzione all'elettrolisi che la scinde in alluminio ed ossigeno. Il metallo ottenuto con questo procedimento è detto primario in contrapposizione a quello secondario ottenuto per rifusione a partire da diversi tipi di rottame dell'industria dell'alluminio e dal consumo di prodotti contenenti esso, che hanno terminato il loro ciclo vitale. E' importante notare la spiccata attitudine al recupero ed al riciclo di questo metallo che consentono una produzione molto meno costosa di alluminio secondario rispetto al primario con conseguente beneficio economico ed ambientale.

 

 

PROPRIETÀ DELL’ALLUMINIO PURO INDUSTRIALE

La tabella riportata nella pagina seguente mostra le peculiari proprietà di quattro tipi di Al puro; si indica con AP seguito da un numero, indicante la purezza del metallo puro; ad esempio AP-5 indica un tipo di Al (tipo elettrico) puro al 99.5%.

I quattro tipi di Al considerati sono:

Il grado delle impurezze di diversa natura che possono essere tollerate nelle varie tipologie di Al dipende ovviamente dallo scopo per cui il metallo viene prodotto.

Il tipo di Al "commercialmente puro", a rigore, si deve considerare appartenente alle leghe del metallo data la quantità importante di impurezze in esso presenti che ne variano le proprietà.

Le proprietà fondamentali dell’Al sono:

Gli andamenti della sel e di l sono paragonabili, nel senso che se un elemento di impurezza cala le proprietà elettriche, in generale, ne cala anche quelle termiche.

 

 

n.

Proprietà

(a 20°C)

Valori per campioni dei sottoindicati titoli :

---- 99,996---------99,8 (AP-8)-----99,5 (AP-5)------99 (AP-0)

6

Temperatura di fusione (°C)

660,2

659

658

657

7

Calore latente di fusione(kJ/kg)

396

-

389

389

10

Calore specifico (kJ/kg K)

0,929

0,921

0,921

0,921

11

Conducibilità termica (ricotto) (W/m K)

221,9

209,3

209.3

209,3

13

Resistività (ricotto) (m W cm)

Resistività (incrudito H70)

2,6548

-

2,72¸ 2,76

2,82¸ 2,88

2,74¸ 2,78

2,83¸ 2,90

2,80¸ 2,95

2,95¸ 3,05

15

Conduttività elettrica (ricotto)

Idem incrudito a freddo

Idem getti (m/W mm2)

37,7

-

-

36,5

-

-

35,7

34,5

33,3

34,9

30,5

-

16

Idem relativa all’argento

60

58

56,8

55,6

20.1

R (ricotto) (N/mm2)

Idem incrudito a freddo

45

110

50¸ 80

110¸ 150

70¸ 90

130¸ 180

70¸ 100

140¸ 200

20.2

R p0.2 (ricotto) (N/mm2)

Idem incrudito a freddo H70

15

106

20¸ 40

90¸ 150

25¸ 50

120¸ 160

25¸ 50

130¸ 170

20.3

A (ricotto) (%)

Idem incrudito a freddo H70

Idem getti

48

6

-

40¸ 60

4¸ 10

-

30¸ 55

4¸ 9

20¸ 30

30¸ 50

4¸ 8

-

21

HB (0.102P=5D2)

Idem incrudito a freddo H70

Idem getti

16

27

14

15¸ 22

30¸ 40

20

18¸ 25

35¸ 45

35

20¸ 27

40¸ 50

38

22

E (N/mm2)

67000

68000

69000

70000

23

G (N/mm2)

27000

27000

27000

27000

 

 

 

 

CONDUTTIVITÀ ELETTRICA (TERMICA)

Si può valutare l’influenza delle principali impurezze presenti nell’Al sulla conduttività elettrica, infatti elementi diversi esercitano una diversa influenza.

Si dividono in :

Di particolare importanza, per quello che riguarda la conducibilità elettrica, è il rapporto Fe/Si; si è infatti verificato sperimentalmente che per garantire la massima sel nell’Al tale rapporto deve mantenersi costante e pari a 1,5; in caso contrario la conducibilità cala vistosamente. Questo comportamento si deve alla formazione di un composto intermetallico, che se presente in fase dispersa nella matrice (e per questo serve una certa quantità di Fe), sottrae una certa quantità di impurezze migliorando la sel; in caso contrario questo miglioramento non si ha.

 

 

 

PESO SPECIFICO

Il peso specifico rappresenta un secondo punto cruciale per l’Al e le sue leghe, e quindi sarà bene valutare come le impurezze variano il peso specifico nell’Al puro.

Come in precedenza gli elementi si dividono in base allo loro capacità di alzare o di abbassare il peso specifico dell’Al:

 

RESISTENZA ALLA CORROSIONE

La proprietà dell’Al di passivarsi, ossia di ricoprirsi di un leggero strato di ossido (Al2O3) estremamente aderente ed impermeabile, lo protegge da un ulteriore attacco e quindi dalla corrosione. Uno strato più spesso e di notevole durezza si può creare elettroliticamente. In generale la resistenza alla corrosione, e quindi la tendenza a passivarsi, è proporzionale al grado di purezza dell’Al.

 

PROPRIETÀ MECCANICHE DELL’ALLUMINIO

Per rimediare alle scarse proprietà meccaniche con le leghe si possono fare trattamenti termici (tempra e rinvenimento), per l’Al commercialmente puro l’unico modo per aumentare le proprietà meccaniche è l’incrudimento.

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