ALLUMINIO

ALLUMINIO (II, p. 561; App. I, p. 89; App. II, 1, p. 140; App. III, 1, p. 72)

Metallurgia. - Benché i procedimenti estrattivi del metallo non siano sostanzialmente mutati da molti anni a questa parte, tuttavia il generale impoverimento dei minerali trattati e la necessità quindi di lavorare bauxiti sempre più ricche di silice o contenenti l'ossido di a. nelle forme meno solubili (monoidrato: diaspro e boemite) hanno imposto l'adozione di alcune varianti al classico processo Bayer (v. App. I, p. 91). In particolare per le bauxiti ricche in silice si è affermato il cosidetto "Processo Combinato" o ALCOA (Aluminium Company of America: industria tra le prime ad adottare questa variante di processo).

Esso consiste, brevemente, in uno snellimento della fase di attacco del processo Bayer e in un contemporaneo ritrattamento dei "fanghi rossi" secondo schemi derivati dall'antico processo Deville-Pechiney (da cui la denominazione di "processo combinato"). Infatti, mentre la digestione in autoclave viene effettuata a temperature più basse e per tempi molto brevi, i fanghi rossi, che risultano pertanto ancora ricchi di allumina estraibile, sono sottoposti a calcinazione a 1100 ÷ 1200 °C, insieme con calcare e carbonato sodico, in forni rotativi del tipo per cementi.

Grazie a tale processo la silice si combina con la calce per dare silicato (prevalentemente bicalcico) mentre viene liberato il metalluminato, secondo le seguenti reazioni: Ca C O₃ + Si O₂ ⇄ Ca Si O₃ + CO₂; Al₂O₃ + Na₂CO₃⇄ 2 Na Al O₂ + CO₂. La miscela calcinata è sottoposta, dopo una grossolana macinazione, a lisciviazione con acqua per sciogliere il metalluminato, la cui soluzione è poi trattata come nel ciclo Bayer, mentre i fanghi rossi ormai esauriti vengono avviati allo scarico.

Tale processo consente di aumentare notevolmente la capacità produttiva delle autoclavi e di avere nel contempo rese di estrazione dell'allumina, dell'ordine del 92 ÷ 95%, più elevate di quelle ottenibili col semplice ciclo Bayer.

D'altro canto per le bauxiti a monoidrato è invece necessario impiegare condizioni dell'attacco in autoclave molto più drastiche di quelle originariamente previste. È così che, in molte industrie europee (da cui la denominazione di ("Processo Europeo"), l'attacco, anziché in un'unica autoclave, viene realizzato in maniera continua disponendo una serie di 8 ÷ 10 unità in cui la sospensione della bauxite con la soda, circolando dall'una all'altra, viene gradualmente riscaldata fino a 220 ÷ 240 °C, alle quali temperature la dissoluzione dell'allumina è in pratica completa.

Grazie a queste varianti, e ad altre modifiche di minor conto, il processo Bayer oggi ha, in pratica, soppiantato tutti gli altri processi, sia quelli termici (Haglund e Pedersen), sia quelli intesi a sfruttare altri minerali, quali leuciti, caolino e argille più o meno alluminose, sul modello del processo Blanc per le leuciti (v. App. I, p. 92).

Discreti progressi si devono inoltre registrare per la fase di elettrolisi dell'allumina nella criolite fusa. I miglioramenti hanno riguardato in special modo: a) l'aumento della potenzialità delle celle, giungendosi a costruirne da 100 ÷ 120 kA e anche da 150 kA; b) l'adozione di preferenza degli anodi precotti, invece di quello unico autococente (tipo Söderberg); c) la coibentazione della cella stessa al fine di diminuire le perdite di calore e, di conseguenza, i consumi energetici. È stato così possibile far scendere il consumo, almeno per le celle più grandi, al di sotto di 15 kWh per kg di a. prodotto, e nel contempo ottenere titoli del metallo più alti (99,6 ÷ 99,9%).

Per evitare l'inquinamento dell'atmosfera da parte di prodotti fluorurati uscenti coi gas di scarico, in molti casi gl'impianti sono oggi dotati di sistemi di trattamento dei gas di scarico (di solito mediante filtri elettrostatici e lavaggio con soluzioni alcaline). Recentemente la ALCOA ha annunciato la realizzazione di una cella di elettrolisi con ricircolazione dei gas con la quale, oltre ad evitare l'inquinamento dell'atmosfera, si assicura un'economia di circa metà della criolite richiesta dalle normali celle (che è dell'ordine di 2,5 ÷ 3% in peso rispetto all'a. prodotto).

In alternativa al processo classico d'elettrolisi si stanno poi studiando da alcuni anni procedimenti diversi che permettano ulteriori risparmi. Tra i più promettenti appare quello recentemente messo a punto dall'ALCOA, e del quale si è costruito negli SUA un impianto da 15.000 t/anno basato sull'elettrolisi del cloruro di a., che, a detta dei costruttori, deve portare a un risparmio effettivo di energia elettrica di oltre il 30% (fig. 1).

Di tipo completamente differente, ma anch'esso n via di realizzazione industriale, è il processo Toth, secondo il quale si procede dapprima a una clorurazione diretta del minerale alluminoso con cloro ad alta temperatura, provvedendo a condensare i vapori di AlCl₃ che si ottengono. Il cloruro di a. liquido, sottoposto a più o meno spinta purificazione, viene poi fatto reagire con polvere di manganese per dare a. e cloruro di manganese; da quest'ultimo con successivi stadi si recuperano sia il cloro sia il manganese metallico, che vengono riciclati.

Bibl.: Groupe Pechiney, L'Aluminium, Parigi 1964; P. C. Varley, The Technology of aluminium and its alloys, Londra 1970.

Alluminio sinterizzato (SAP). - Si sono sviluppati prodotti ottenuti comprimendo e sinterizzando a circa 500 °C miscele di a. in polvere con ossido di a. (8 ÷ 15%) e foggiando il materiale per estrusione: questi manufatti sono noti con la sigla SAP (dall'ingl. Sintered Aluminium Powder).

Mentre il comportamento chimico corrisponde all'incirca a quello dell'a. tecnicamente puro, le caratteristiche di conduttività termica ed elettrica sono inferiori, ma quelle meccaniche (carico di rottura, durezza) risultano migliori, anche a temperature dell'ordine di 250-: 500 oC. I manufatti non si saldano per fusione a caldo ma per pressione a caldo. Nella fig. 2 è riportata la variazione delle caratteristiche meccaniche in funzione della temperatura. L'a. sinterizzato si prepara sotto forma di tubi, di profilati, di lamiere; si usa in missilistica, nella tecnologia nucleare (incamiciamento di combustibili nucleari), per parti di motori soggette a forti sollecitazioni termiche.

Produzione. - Quanto alla produzione mondiale della bauxite, minerale utilizzato per la produzione dell'allumina e dell'a., che sul finire degli anni Cinquanta mostrava segni di rallentamento, essa fa registrare all'inizio del decennio successivo un netto rilancio, in seguito alla scoperta di nuovi e ingenti giacimenti in Australia, e soprattutto allo sviluppo del mercato dell'a., che le nuove utilizzazioni e i diminuiti prezzi relativi rendono sostituibile e concorrenziale con altri prodotti tradizionali, come rame e acciaio.

Il dinamismo produttivo australiano (incremento del 1750% dal 1964 al 1973) risulta essere il fatto saliente della dinamica produttiva globale, misurata da incrementi medi dell'8,5%, ma che soprattutto nella prima metà degli anni Sessanta, raggiungono valori apprezzabilmente più alti in ragione di andamenti analoghi nel consumo dell'alluminio.

Il fenomeno australiano è l'unico elemento nuovo nel quadro produttivo internazionale, caratterizzato da una forte concentrazione produttiva di bauxite nelle mani dei paesi in via di sviluppo.

La produzione australiana, passata dalle 796.000 t del 1964 ai 14,7 milioni di t nel 1973 (21,8% della produzione mondiale), è passata al primo posto, scavalcando la produzione della Giamaica, che costituisce oggi solo il 20% del totale con un'entità di 13,5 milioni di tonnellate.

Notevolissima anche la produzione del Surinam, che è nello stesso anno di 6,7 milioni di t (pari circa al 10%), seguita, al quarto posto, da quella statunitense (6,4%), e poi da quelle della Guiana (5,2%), della Francia (4,9%) e della Guinea (4,4%). Forti produttori ancora la Grecia (4,0%), l'URSS (3,4%) e la Iugoslavia (3,3%).

L'approvvigionamento futuro di questa materia non dovrebbe porre problemi neanche a lungo termine, in quanto le riserve mondiali, attualmente valutabili intorno ai 25 miliardi di t, l'equivalente di 6,5 miliardi di t di a., corrispondono a circa 400 volte la produzione annuale attuale.

Anche la produzione di a. è caratterizzata da una dinamica molto sostenuta, soprattutto negli anni Sessanta, e solo più recentemente ha subito un rallentamento, che peraltro è da considerare solamente temporaneo.

La struttura della produzione dell'a. è completamente opposta a quella della bauxite in quanto sono essenzialmente i paesi sviluppati a produrne: sette paesi, i maggiori produttori, e cioè Stati Uniti (42,0%), Giappone (13,6%), URSS (11,3%), Canada (7,7%), Rep. Fed. di Germania (7,2%), Norvegia (5,3%) e Francia (4,0%), offrono oltre il 90% della produzione mondiale, mentre i paesi in via di sviluppo non vi partecipano che per importi molto modesti.

Ma la concentrazione più appariscente è quella che si verifica al livello industriale: sei grandi imprese multinazionali dominano il settore dell'estrazione della bauxite e della produzione dell'a., di cui forniscono nell'insieme il 63% circa (ALCOA 15%, ALCON 14%, Reynolds 11%, Pechiney 9%, Kaiser 9%, Alusuisse 5%), imponendo un meccanismo di formazione dei prezzi di tipo monopolistico. Tale netta divisione territoriale e, ancor più, economica, della produzione dipende inoltre da difficoltà notevoli di reperimento degl'importanti capitali necessari per l'impianto dell'industria di trasformazione del minerale.

La situazione generale va, tuttavia, anche se lentamente, evolvendosi negli ultimi anni per due modificazioni fondamentali: nuovi gruppi di produttori, specialmente tedeschi, giapponesi e statunitensi, investono nel settore a un ritmo sostenuto determinando una diminuzione della concentrazione e quindi del potere di monopolio dei sei raffinatori-consumatori (a fronte di un andamento inverso nel mercato della bauxite).

Inoltre, i paesi produttori di bauxite tendono a sviluppare la capacità di trasformazione in loco del minerale, lucrandone il valore aggiunto; tale tendenza sembra essere favorita dall'aumento, determinato dalla crisi petrolifera, del prezzo relativo dell'energia termoelettrica nei confronti di quella idroelettrica di cui i paesi produttori di bauxite sono discretamente dotati (nel costo dell'a. tale voce è di circa il 50%) e dalla diminuzione del costo di trasporto ottenibile dall'esportazione di prodotto finito (alluminio) e semifinito (allumina), che a parità di valore esportato presenta un pesovolume, e quindi un costo di trasporto, inferiore.

Per quanto riguarda il commercio internazionale, il quadro degli scambi risulta molto chiaro: per il mercato della bauxite esiste un monopolio assoluto di offerta dei paesi in via di sviluppo, la cui quota di esportazioni sul totale raggiungerebbe, secondo stime attuali della Banca Mondiale, il 98%, donde una fortissima dipendenza dei paesi industrializzati dai paesi produttori, che giunge all'85% per gli SUA e al 57% per i paesi della CEE; i consumatori più importanti sono, infatti, nell'ordine, Stati Uniti, Canada, URSS, Giappone, Rep. Fed. di Germania, Francia, Regno Unito e Italia.

Dall'altra parte, per quanto riguarda l'a., cinque paesi esportatori, tutti industrializzati, nell'ordine Canada (43%), Norvegia (18%), Stati Uniti, Francia e Rep. Fed. di Germania esportano l'80% circa del totale mondiale.

Le novità suaccennate tendono, tuttavia, a modificare il quadro descritto, poiché attualmente l'Australia, primo produttore mondiale di bauxite, esporta solamente allumina, mentre una quota crescente nell'ambito delle esportazioni mondiali di a., anche se tuttora modesta, viene offerta da alcuni paesi in via di sviluppo: Grecia, Camerun e Iugoslavia.

Nonostante ciò il deterioramento di lungo periodo delle ragioni di scambio dei paesi produttori di materie prime nei confronti di quelli industrializzati ha in generale progressivamente ridotto per i primi i proventi di esportazione, la cui stabilizzazione si è resa possibile solo a mezzo di un crescente volume di esportazioni e un aumento, in esse, della quota trasformata.

Nella conseguente e pressante esigenza di stabilizzazione dei ricavi da esportazione si è costituita nel marzo 1974 l'IBA (International Bauxite Association) promossa e sottoscritta da sette tra i più forti paesi produttori (Australia, Giamaica, Guinea, Guiana, Sierra Leone, Surinam e Iugoslavia) che, con un'offerta globale pari al 63% della produzione mondiale, e nell'intento di contrastare il potere del monopsonio multinazionale delle società trasformatrici, ha per scopi dichiarati l'aumento tendenziale dei prezzi, il controllo della produzione, l'incremento delle attività locali di trasformazione del minerale.

Quello dei prezzi sembra essere a breve l'obbiettivo principale, e la tendenza dominante di ancorarne la dinamica a quelli dell'a., attraverso la fissazione unilaterale di essi e il controllo delle esportazioni (politica molto simile a quella attuata dai paesi dell'OPEC per il petrolio), sembra avere buone possibilità di successo per un insieme di elementi: concentrazione accentuata della produzione in un numero ristretto di paesi aventi interessi comuni (paesi in via di sviluppo); domanda di bauxite in costante aumento; anelasticità di essa anche a medio termine (nuovi processi di ottenimento dell'a. sono allo studio ma non si prevedono esiti positivi a breve termine); limitata incidenza del prezzo della bauxite in quello dell'a. (10%). Risultati pratici non hanno infatti tardato a manifestarsi: nel giugno 1974 la Giamaica, previo accordo con gli altri paesi produttori, tramite un'imposizione fiscale alle esportazioni del 7,5% e una variazione della struttura dei prezzi, ha elevato il reddito ricavato da ogni t esportata da 1,34 a 10,45 dollari SUA, seguita in tale misura da altri paesi appartenenti all'IBA.

Il mercato nel futuro subirà profonde modificazioni in conseguenza dell'evoluzione degli atteggiamenti dell'IBA nei confronti delle multinazionali; tuttavia un formale irrigidimento delle posizioni, anche se passibile di successi, non sembra probabile sia per la differenziazione degli atteggiamenti attuali nell'ambito di essa (l'Australia giuoca un ruolo piuttosto moderatore), sia per le possibilità di lungo periodo esistenti, nel caso di drastiche variazioni nel sistema dei prezzi relativi, di sostituire la bauxite con altri minerali nei processi di ottenimento dell'a., o l'a. stesso con altri materiali.