ALLUMINIO
ALLUMINIO (dal lat. alumen "allume"; fr. aluminium; sp. aluminio; ted. Aluminium; ingl. aluminium; peso atomico 26,96; simbolo Al)
Fu preparato per la prima volta da F. Wohler nel 1827. Metallo bianco argenteo, inalterabile all'aria a temperatura ordinaria perché protetto da una sottilissima pellicola di ossido. Cristallizza nel sistema monometrico in un reticolo cubico a facce centrate. Fonde a 658°,7. Il suo peso specifico è di circa 2,7 e varia leggermente a seconda dei trattamenti subiti. Dopo l'argento e il rame è il metallo che meglio conduce la corrente elettrica (conduttività elettrica 39 × 10-6). duttile, malleabile, e può essere ridotto in fogli di uno spessore che non supera i 7/1000 di mm. Può essere facilmente colato in getti e lavorato a freddo e a caldo. L'alluminio ha grande affinità per l'ossigeno, ma la pellicola di ossido che si forma alla sua superficie ne impedisce l'ulteriore ossidazione a temperatura ambiente. Scaldato in atmosfera di ossigeno o nell'aria, si ossida con maggiore o minore rapidità a seconda del suo stato superficiale. Il comportamento del metallo di fronte ai reagenti dipende dal diverso potere che questi hanno di distruggere il sottile strato di ossido che lo ricopre. Gli acidi minerali, specie se diluiti e a caldo, lo attaccano, sebbene lentamente. L'acido cloridrico agisce più energicamente del solforico e questo più del nitrico. Gli acidi organici lo attaccano più debolmente. Con le soluzioni alcaline reagisce vivacemente dando alluminati.
L'alluminio può spostare dalle soluzioni saline quei metalli che hanno una più bassa tensione di soluzione, come: rame, argento, ecc., ma questa azione è ostacolata dallo strato di allumina che si forma alla sua superficie.
È un energico riducente, e può ridurre con forte sviluppo di calore ossidi di metalli i quali hanno per l'ossigeno una minore affinità, così gli ossidi di ferro, manganese, cromo, rame, molibdeno, ecc.
Oltre che con il processo elettrolitico che verrà descritto in seguito, l'alluminio può prepararsi con metodi chimici, quali quelli basati sullo spostamento a temperatura elevata dalle sue combinazioni alogenate a mezzo di un metallo che ha per l'alogeno una affinità maggiore. Fra questi processi, interessanti dal punto di vista storico, deve ricordarsi quello di F. Wöhler che spostò l'alluminio dal cloruro con potassio metallico, e quello di Sainte-Claire Deville che si servì della stessa azione del sodio sul cloruro doppio di sodio e alluminio.
Principali composti dell'alluminio. - Ossido, Al2O3. - Si ottiene scaldando all'aria il metallo. Si può preparare inoltre per disidratazione dei geli di idrato di alluminio, degli idrati cristallini, e per demolizione termica di alcuni sali, come cloruro idrato, nitrati idrati, solfato, acetato, ecc.
Alcune di queste allumine provenienti dalla scomposizione a temperature relativamente basse di sali idrati (così l'allumina Blanc che si ottiene per scomposizione del cloruro o del nitrato idrati fra 150° e 250°) subiscono, se scaldate a temperature superiori a 600°, una trasformazione con sviluppo di calore, divengono poco solubili negli acidi, e presentano una densità che si avvicina a quella dell'allumina cristallizzata: il corindone. (N. Parravano e V. Montoro, in Rend. R. Acc. Lincei, cl. Scienze Fis., s. 6ª, VII, 1928, p. 885).
L'allumina fonde a temperatura altissima: il suo punto di fusione è a 2050°.
Idrati. - Come idrati definiti di alluminio si conoscono con sicurezza solo i minerali: idrargillite, Al2O3•3H2O; diasporo, Al2O3•H2O; bauxite, Al2O3•H2O, e le allumine cristalline che si ottengono per idrolisi da soluzioni di alluminati alcalini. I geli ricavati per precipitazione con ammoniaca dalle soluzioni di sali di alluminio sembra che contengano diversi idrati definiti, ma la loro costituzione non è ben chiarita. (Willstätter, in Berichte der deutschen Chem. Ges., LVI, 1923, p. 149 e 1117, LVI, 1924, p. 58).
Gli idrati di alluminio perdono la loro acqua per riscaldamento, con gli acidi dànno i sali, con gli alcali si comportano come acido debole e formano gli alluminati.
Diverse sostanze hanno la proprietà di peptizzare i geli di allumina preparati di fresco, e fra queste il primo posto spetta all'acido acetico. Geli invecchiati sott'acqua o trattati in autoclave perdono parzialmente la loro reattività.
Le soluzioni acquose dei sali di alluminio hanno reazione acida per la forte idrolisi che i sali subiscono in soluzione.
Solfato, Al2(SO4)3. - È molto solubile e forma diversi idrati. Scaldato intorno a 760° si scompone con svolgimento di anidride solforica. Con altri solfati dà origine a sali doppî con acqua di cristallizzazione, fra i quali il più conosciuto ed usato è l'allume potassico, K2SO4•Al2(SO4)3•24H2O. (v. allume).
Nitrato. - Non si conosce anidro, sono noti solo quattro idrati: Al(NO3)3•9H2O, Al(NO3)3•8H2O, Al(NO3)3•6H2O, Al(NO3)3•4H2O, molto solubili, i quali per riscaldamento perdono acqua, acido nitrico, e lasciano come residuo allumina (N. Parravano e G. Malquori, in Atti del II Congr. di chim. pura e appl., III, 1926, p. 1131).
Cloruro, AlCl3. - Si ottiene anidro per azione del cloro sul metallo o sopra un miscuglio di allumina e carbone a temperatura elevata. Ha grande affinità per l'acqua, con la quale si combina con forte sviluppo di calore per dare un unico idrato: l'esa, che per riscaldamento si scompone liberando acqua, acido cloridrico, e lasciando come residuo l'allumina Blanc (N. Parravano e V. Montoro, l. c.).
Fluoruro, AlF3. - Il fluoruro di alluminio può ottenersi disciogliendo l'idrato in acido fluoridrico e sublimando in corrente di idrogeno il residuo ottenuto con l'evaporazione della soluzione. Si conoscono diversi idrati solubili (A. Mazzucchelli, in Rend. Acc. Lincei, cl. Scienze fis., s. 5ª, XVI, I, 1907, pp. 775-785) e sali acidi. Con il fluoruro sodico forma un sale doppio: 3NaF•AlF3 costituente il minerale criolite usato principalmente nell'elettrometallurgia dell'alluminio.
Solfuro, Al2S3. - Si ottiene mescolando e scaldando metallo e zolfo, o scaldando il metallo nei vapori di solfuro di carbonio. Con acqua si scompone svolgendo idrogeno solforato.
Azoturo, AlN. - Si ottiene direttamente dal metallo riscaldandolo in corrente di azoto a temperatura elevata. Con acqua si scompone con formazione di allumina e sviluppo di ammoniaca.
Carburo, Al4C3. - Si prepara dal metallo e carbone ad alta temperatura; con acqua svolge metano.
Silicati. - Esistono in natura numerosi silicati complessi di alluminio. I silicati semplici anidri che si trovano in natura sono: il distene, l'andalusite e la sillimanite che hanno per formula Al2O3•SiO2 e possono quindi considerarsi come tre modificazioni dello stesso corpo polimorfo. Diffusissimo trovasi il silicato idrato: Al2O3•2SiO2•2H2O, o caolino, costituente principale delle argille. Nelle masse ceramiche cotte ad alta temperatura è presente un altro silicato: la mullite, 3Al2O3•2SiO2 (Bowen e Greig, in Journ. Am. Cer. Soc., VII, 1924).
Alluminati. - È stato già ricordato in precedenza come l'idrato di alluminio si comporti come acido debole rispetto alle basi forti, può formare cioè dei sali, gli alluminati, le cui soluzioni sono facilmente idrolizzabili.
Le soluzioni di alluminati alcalini si ottengono disciogliendo l'idrato nell'alcali, oppure trattando il metallo con la liscivia alcalina; per idrolisi separano allumina cristallina. La calce e la barite formano anch'esse con l'idrato d'alluminio alluminati idrati molto meno solubili degli alluminati alcalini; hanno notevole importanza nella presa del cemento Portland i due alluminati idrati di calcio: Al2O3•2CaO•7H2O e Al2O3•4CaO •12H2O.
Si conoscono alluminati anidri; essi costituiscono in natura gli spinelli, il più importante dei quali è l'alluminato monomagnesiaco o spinello, MgO•Al2O3. Gli alluminati di calcio: Al2O3•CaO, 3Al2O3•5CaO, Al2O3•3CaO, sono costituenti essenziali del cemento Portland e del cemento alluminoso.
Ricerca qualitativa. - Una soluzione di un sale di alluminio dà con ammoniaca un precipitato bianco gelatinoso di idrato solubile negli alcali. Dalla soluzione di alluminato così ottenuta si può, per aggiunta di cloruro ammonico, riprecipitare di nuovo l'idrato, perché il cloruro ammonico forma per doppio scambio alluminato ammonico che è completamente idrolizzato dall'acqua.
Per via secca si riconosce l'alluminio perché le sue combinazioni scaldate sul carbone con carbonato sodico, a mezzo del cannello ferruminatorio, dànno allumina, che, umettata con soluzione di nitrato di cobalto e di nuovo arroventata, si trasforma in una massa azzurra infusibile.
Nell'analisi sistematica per via umida l'alluminio precipita come idrato al terzo gruppo. Si separa dagli altri elementi di questo gruppo servendosi della proprietà che ha l'idrato di sciogliersi negli alcali per dare una soluzione di alluminato stabile all'ebollizione. In queste condizioni gli altri idrati di ferro, cromo, manganese, che accompagnano quello di alluminio al terzo gruppo rimangono inalterati e si possono separare per filtrazione.
Dosaggio quantitativo. - Si isola l'idrato che poi si calcina e si pesa come ossido.
Minerali di alluminio. - L'alluminio è uno degli elementi più diffusi in natura; esso rappresenta circa il 7% della crosta terrestre mentre solo il 4% è attribuito al ferro.
Si trova nelle rocce magmatiche quale uno dei costituenti dei feldspati e delle miche, oltre che in un gran numero di silicati complessi. Nelle rocce sedimentarie è presente nel caolino, il principale costituente delle argille.
Per azione degli agenti atmosferici i feldspati subiscono il cosiddetto processo di caolinizzazione. Lentamente l'acqua e l'anidride carbonica asportano gli alcali contenuti in quelli e rimane il caolino. Il processo di caolinizzazione del feldspato ortose, AlKSi3O8 può rappresentarsi con la equazione seguente:
L'azione degli agenti atmosferici pub spingersi più oltre fino ad eliminare più o meno completamente la silice ed ottenere il minerale bauxite Al2O3•H2O, ossido idrato di alluminio a tenore variabile in acqua, in silice, in ossido ferrico. Si conoscono varî tipi di bauxite che possono raggrupparsi in quattro principali: Bauxiti bianche con 50÷72% di Al2O3, 6÷23% di SiO2 e 3÷8% di Fe2O3, bauxiti grigie con 57÷62% di Al2O3, 8÷15% di SiO2, 8÷14% di Fe2O3, bauxiti rosse con un contenuto in Fe2O3 di circa 18÷20%.
Con il nome di laterite è indicata una roccia di color terra cotta, assai diffusa nei paesi tropicali e che differisce dalla bauxite per un maggior contenuto in acqua e in ossido ferrico.
La bauxite è la principale materia prima per l'ottenimento del metallo. L'Italia con i giacimenti dell'Istria, degli Abruzzi e della Campania occupa il terzo posto nella produzione mondiale della bauxite, venendo subito dopo l'America e la Francia. Nel 1925 la produzione italiana di bauxite è arrivata a 195.000 tonnellate.
Leucite, 4SiO2•Al2O3•K2O. - È un minerale essenzialmente italiano infatti l'Italia centrale è la regione che ne è di gran lunga la più ricca del mondo. Il minerale si trova come uno dei costituenti più importanti delle lave dei vulcani di Bolsena, di Vico, di Bracciano, di Albano, di Rocca Monfina, dei Campi Flegrei, del Vesuvio, del Vulture. Dal punto di vista quantitativo tali giacimenti presentano in base ai calcoli del mineralogista H. S. Washington una riserva di allumina e di potassa sufficiente al fabbisogno mondiale per parecchi secoli.
Caolino, Al2O3•2SiO2•2H2O. - È la materia prima dell'industria ceramica. Fra i più importanti giacimenti italiani debbono ricordarsi i giacimenti di Furtei in Sardegna.
Gli altri minerali di alluminio che hanno una notevole importanza sono:
Alunite, K2SO4•3Al2(OH)4SO4. - Solfato basico di alluminio e potassio che si trova in Italia alla Tolfa presso Civitavecchia e si adopera per la preparazione dell'allume potassico.
Corindone, Al2O3. - Ossido di alluminio cristallizzato che trovasi in natura sia incoloro sia variamente colorato. Esso costituisce anche quelle gemme che prendono nomi diversi a seconda del loro colore: rosso - rubino, azzurro - zaffiro, giallo - topazio orientale, verde - smeraldo orientale, ecc.
Criolite, AlF3•3NaF. - Fluoruro doppio di alluminio e sodio, che si trova in Groenlandia e serve nell'elettrometallurgia dell'alluminio.
Produzione industriale dell'lluminio.
La materia prima che oggi fornisce la quasi totalità dell'allumina necessaria alla preparazione del metallo è la bauxite, per quanto altri minerali ed in particolare le leuciti si prestino egregiamente per fornire un'allumina anche più pura di quella ordinariamente ottenibile dalle bauxiti. Un processo che permette di lavorare razionalmente la leucite con contemporanea produzione di sali potassici e di allumina è dovuto al prof. G. A. Blanc e sarà descritto in seguito.
Notevole interesse presentano pure i tentativi fatti altrove per ricavare allumina dai feldspati e soprattutto dalle argille.
La preparazione industriale dell'alluminio, realizzata su larga scala nel 1887 da Héroult e Minet, e poco dopo da Hall e da Kiliani, è stata sostanzialmente poco modificata finora e consiste nell'elettrolisi di una soluzione di allumina in criolite fusa.
La bauxite per il suo rilevante contenuto d'impurezze non può essere direttamente impiegata, perché tutte le impurezze e in modo particolare ferro e silicio andrebbero ad inquinare il metallo, abbassandone grandemente le qualità (un contenuto in ferro superiore all'1% rende l'alluminio fragile). Per alimentare i bagni elettrolitici occorre quindi l'allumina la più pura possibile e ciò si ottiene oggi dalle bauxiti con i processi seguenti:
Processo Bayer. - In questo processo la bauxite disseccata e macinata si riscalda con soda caustica (d = 1,45) in autoclave a circa 7 atm. Si ottiene così una soluzione di alluminato sodico mentre rimangono indisciolti i componenti secondarî della bauxite che si separano per filtrazione. Si diluisce con acqua la soluzione filtrata, e per agitazione e aggiunta di germi di allumina proveniente da una precipitazione precedente si ha l'idrolisi dell'alluminato con separazione di idrato d'alluminio cristallino. La soluzione di soda che contiene ancora un poco di alluminato indecomposto si evapora fino a portarla a d = 1,45 e si rimette quindi in ciclo per attaccare nuova bauxite.
L'allumina così ottenuta, prima di essere aggiunta ai bagni di elettrolisi, deve essere completamente disidratata, operazione questa che si eseguisce in forni scaldati a temperatura superiore ai 1000°.
Il processo Bayer non si presta per bauxiti ricche di silice, perché una parte dell'alluminio rimane indisciolto sotto forma di silico-alluminato di sodio.
Processo Haglund. - Questo recentissimo processo è sostanzialmente diverso da quello precedentemente descritto. La bauxite viene fusa al forno elettrico in presenza di solfuro di ferro e di carbone.
Durante la fusione l'ossido di ferro e la silice vengono ridotti dal carbone allo stato metallico, mentre l'allumina per la presenza del carbone e del solfuro di ferro origina solfuro di alluminio e insieme ferro metallico e ossido di carbonio. Nel forno si formano due strati distinti: l'inferiore costituito da una lega fusa di ferro-silicio che contiene la quasi totalità del ferro e del silicio presenti nella bauxite, il superiore da una massa fusa di solfuro di alluminio e di allumina. Si separano opportunamente i due strati, e si ottiene così, da una parte, ferro-silicio, dall'altra una miscela di solfuro di alluminio e allumina cristallizzata. Trattando questa massa con acqua, si ottiene la scomposizione del solfuro con formazione di idrato di alluminio che resta mescolato all'allumina anidra. Il prodotto così ottenuto dopo essiccamento è pronto per essere utilizzato nei bagni di elettrolisi.
Processo Blanc. - Si è già visto come oltre le bauxiti altri minerali di alluminio possono fornire allumina da usarsi a scopo metallurgico e fra questi il primo posto spetta alle leuciti. In seguito agli studî e all'opera del prof. G. A. Blanc, l'industria dell'alluminio si è messa per una nuova strada con procedimenti che consentono di estrarre l'allumina e quindi il metallo dalla leucite, metasilicato di allumina e potassa di cui è ricca l'Italia.
La preparazione del minerale si effettua mediante successive operazioni di frantumazione e granulazione progressiva, seguite da un processo di arricchimento magnetico che permette di ottenere un materiale con 95% di leucite, contenente da 22 a 23% di ossido di alluminio, da 17 a 18% di ossido di potassio e da 53 a 55% di anidride silicica, oltre a piccole quantità di ferro, sodio, calcio e magnesio.
La caratteristica essenziale dei procedimenti Blanc per il trattamento della leucite è che questi consentono l'estrazione dal minerale dei tre costituenti: silice, allumina e potassa, realizzando così un'utilizzazione integrale della leucite (G. A. Blanc, in Atti del Congresso naz. di chim. industr., Milano, aprile 1924).
Il procedimento Blanc per il trattamento della leucite con acido cloridrico, realizzato industrialmente negli stabilimenti di Bussi in Abruzzo, consiste in un attacco, con acido, del minerale in condizioni opportune per evitare la solubilizzazione della silice. La soluzione cloridrica calda abbandona per semplice raffreddamento il cloruro di potassio allo stato di grande purezza. Le acque madri del cloruro di potassio, saturate con acido cloridrico gassoso, lasciano cristallizzare il cloruro di alluminio esaidrato alla temperatura di circa 50°, il quale si separa pure allo stato di grande purezza.
Le acque madri di questa seconda cristallizzazione, per semplice raffreddamento fino alla temperatura ambiente, abbandonano quasi totalmente i cloruri che ancora contengono, depositando così accanto al cloruro di potassio e al cloruro di alluminio la totalità dei cloruri di calcio, magnesio, sodio, ferro, portati in soluzione durante l'attacco.
Il cloruro di alluminio cristallizzato fornisce, quando venga termicamente decomposto, un'allumina di grande purezza, acido cloridrico gassoso, e una soluzione acquosa satura di acido cloridrico che rientra nel ciclo.
Questo ciclo di lavorazione è schematicamente rappresentato nella figura 1.
Come si vede, la lavorazione può dividersi in cinque fasi:
1. Attacco della leucite o preparazione della soluzione salina e separazione della silice.
2. Cristallizzazione del cloruro di potassio.
3. Precipitazione del cloruro di alluminio.
4. Eliminazione del ferro o delle altre impurezze dalla soluzione che torna in ciclo.
5. Decomposizione termica del cloruro di alluminio e preparazione dell'allumina.
In relazione con questo ciclo di lavorazione, l'impianto risulta costituito nella maniera indicata nella figura 2.
Di fondamentale importanza per l'economia del procedimento è il fatto che a ciascuna delle fasi di lavorazione corrisponde una produzione, così:
1. Il gruppo di attacco produce silice che ha un valore commerciale non trascurabile (fabbricazione di silicati, di fosforo ecc.).
2. Il gruppo di cristallizzazione produce cloruro di potassio al 99% di titolo, specialmente adatto per usi chimici.
3. Il gruppo di deferrizzazione produce un salino grezzo contenente il 60% di cloruro di potassio utilizzabile per usi agricoli.
4. Il gruppo di precipitazione e di decomposizione del cloruro di alluminio produce allumina metallurgica.
I prodotti che si ottengono con questo procedimento sono di grande purezza. L'allumina proveniente dalla decomposizione termica del cloruro esaidrato contiene impurezze di silicio e ferro che oscillano intorno a 0,05%.
Oltre che il procedimento con l'acido cloridrico, il prof. G. A. Blanc ha elaborato pure un processo in cui la leucite viene attaccata con acido nitrico (G. A. Blanc, in Atti del II Congr. di chim. pura e appl., 1926 e Atti della Soc. ital. per il progresso delle scienze, XVI riunione, Perugia 1927). Questo processo è simile a quello precedentemente descritto, soltanto la separazione della potassa dall'allumina si basa sulla diversa solubilità del nitrato di alluminio e del nitrato di potassio in acido nitrico.
Al liquido caldo proveniente dall'attacco viene aggiunto un quantitativo d'acido nitrico sufficiente a provocare la precipitazione di tutto il nitrato di alluminio e a mantenere al tempo stesso in soluzione tutto il nitrato potassico insieme con i piccoli quantitativi dei nitrati di ferro, calcio, magnesio, sodio. Separata in tal modo sotto forma di cristalli la totalità del nitrato di alluminio allo stato puro, per evaporazione della soluzione acida contenente il nitrato di potassio si ottiene questo sale insieme con le impurezze che, mescolate ad esso in piccola proporzione, non sono dannose. Per lisciviazione di questo residuo si può, ricristallizzandolo, ottenere nitrato di potassio purissimo.
Il nitrato di alluminio può, come il cloruro, fornire per decomposizione termica allumina e vapori nitroso-nitrici che vengono rimessi in ciclo.
Sono stati proposti anche altri procedimenti per ottenere l'allumina dalla leucite. F. Jourdan trattando la leucite con calce ad alta temperatura, ottiene allumina e carbonato potassico (Chimie et industrie, XVI, 1926, p. 182).
Preparazione del metallo. - L'elettrolisi della soluzione di allumina in criolite fusa si eseguisce in celle il cui schema è riprodotto nella figura 3.
Ogni cella consta di un cassone di ferro rivestito esternamente con materiale refrattario e internamente con carbone pressato che serve da catodo. Gli anodi sono costituiti da blocchi di carbone sospesi al disopra del bagno affinché sia possibile immergerli in questo o rialzarli.
Durante l'elettrolisi l'alluminio liquido si raccoglie sul catodo e viene opportunamente separato, l'ossigeno dell'allumina si svolge all'anodo e sfugge sotto forma di ossido di carbonio e di anidride carbonica. Tutte le impurezze contenute negli elettrodi e nell'allumina si separano quasi quantitativamente con il metallo; si debbono perciò usare elettrodi privi di ceneri e si impiega in generale a questo scopo il coke di petrolio.
Durante il procedere dell'elettrolisi, il bagno viene continuamente alimentato con nuova allumina.
Usi dell'alluminio. - Lo sviluppo imponente assunto dalla fabbricazione dell'alluminio trova ragione nel gran numero di usi ai quali lo si è potuto destinare, giacché tutte le proprietà del metallo hanno trovato modo di essere utilizzate vantaggiosamente.
La facilità con cui lo si lavora a caldo e a freddo e la non tossicità dei suoi composti hanno permesso di adoperarlo per la fabbricazione di ogni sorta di utensili. La sua malleabilità è tale che, come si è già visto in principio, può ridursi in fogli di uno spessore che non supera i 7/1000 di mm. e occorrono più di 50 mq. di essi per fare il peso di un chilogrammo.
Le pagliuzze di alluminio rappresentano per l'opacità, per l'elevato potere riflettente e per la resistenza agli agenti atmosferici un pigmento apprezzatissimo nelle vernici protettive per legni e metalli, e per la copertura di serbatoi, dirigibili, e ogni altro apparecchio che si desideri difendere dall'azione della luce solare.
La resistenza del metallo agli agenti atmosferici e all'azione di molti mezzi corrosivi ne ha consentito l'uso in numerose industrie, come quelle del latte, della birra, dell'acido nitrico, dell'alcool, delle essenze, dei profumi, degli idrocarburi, dei grassi, del caucciù, della celluloide, dell'acido acetico, della seta artificiale, ecc. ecc.
La grande affinità che ha per l'ossigeno e il notevole sviluppo di calore che accompagna la formazione dell'ossido l'hanno fatto impiegare per la confezione di alcuni esplosivi, fra i quali il piu conosciuto è l'Ammonal, in cui la polvere di alluminio è miscelata con nitrato ammonico, per la disossidazione dei bagni metallici specie in siderurgia, per la riparazione in sito di pezzi rotti di qualunque genere, come alberi, raggi di ruote, travi e profilati di ogni forma e dimensione, per la preparazione di metalli e leghe esenti di carbonio. Cromo, molibdeno, manganese, ferro-cromo, ferro-molibdeno, ferro-vanadio, ferro-titanio vengono ottenuti riducendo gli ossidi con alluminio, e il processo alluminiotermico, quando fu introdotto, abbassò il prezzo del cromo da 1250 a 32 lire il chilo.
La conducibilità elettrica elevata e la notevole leggerezza ha aperto all'alluminio vasti sbocchi in elettrotecnica: i cavi di alluminio in America raggiungono oggi una lunghezza valutata a 400.000 chilometri.
Il basso peso specifico infine ne ha fatto ricercare l'impiego in tutte le costruzioni che si ha interesse di alleggerire. L'automobilismo e l'aviazione devono il meraviglioso sviluppo odierno ai progressi realizzati negli ultimi 25 anni nella tecnica di tutti i metalli; ma non v'è dubbio che le conquiste conseguite nel carnpo delle leghe leggiere hanno avuto, specialmente in aviazione, un'influenza decisiva nel rendere possibili i grandiosi risultati ai quali abbiamo assistito negli ultimi tempi.
L'alluminio in sé e per sé ha basse proprietà meccaniche: laminato e ricotto, esso dà soltanto 9 kg/mmq. come carico di rottura e 35% di allungamento. Come resistenza alla trazione perciò esso viene dopo il nichel, il ferro, il rame, lo zinco, il magnesio. Basta però allegarlo con quantità relativamente piccole di elementi diversi, come rame, silicio, zinco, manganese, magnesio, nichel, per ottenere caratteristiche di buone leghe per getti e prodotti paragonabili per qualità ad acciai.
In questo campo, nell'ultimo ventennio, due scoperte fondamentali hanno schiuso all'alluminio nuove insospettate possibilità di utilizzazione.
La prima è dovuta ad A. Wilm, il quale nel 1911 trovò che aggiungendo all'alluminio commerciale (il quale contiene sempre un po' di silicio) dal 3,5 al 4,5% di rame, dal 0,25 all'1% di manganese, e il 0,5% di magnesio, si ottengono prodotti che, temprati e lasciati stagionare a temperatura ordinaria, acquistano elevate proprietà meccaniche: il carico di rottura sale a 40 kg/mmq., il limite elastico a 26÷28 kg., e l'allungamento si mantiene intorno al 16÷20%.
Per rendersi conto del significato di queste cifre basta tener presente che 40 kg. per mmq. in una lega con peso specifico 2,7 equivalgono, a peso uguale, a 110 kg. in un materiale con un peso specifico 7,2; per modo che il duralluminio (così è oggi chiamata la lega del Wilm), dal punto di vista della resistenza meccanica, è paragonabile a un acciaio speciale.
La scoperta del Wilm aprì un vasto campo di ricerca, e studiosi e tecnici di tutti i paesi lo hanno sondato, traendone, a decine, leghe leggiere fornite di elevate proprietà meccaniche, per modo che il costruttore può oggi soddisfare tutte le proprie esigenze: oltre a disporre di carichi di rottura paragonabili a quelli degli acciai speciali, egli può contare su elevati limiti di snervamento, su alte strizioni, sopra forti resistenze alla fatica, e può avere materiali con notevole resistenza alla deformazione accanto ad altri facilmente deformabili a freddo.
Da tutte queste caratteristiche larghi vantaggi sono stati tratti nella costruzione di bicicli e motocicli, di autoveicoli, di carrozze tranviarie e ferroviarie, di velivoli e di navi.
Risultati non meno interessanti si sono avuti nelle leghe per getti con la seconda scoperta dovuta ad A. Pacz, il quale nel 1921 ha trovato che la fusione con fluoruri alcalini, o l'aggiunta di piccole quantità di sodio (basta il 0,1%), può affinare il grano delle leghe di alluminio e silicio e migliorarne in misura inaspettata le proprietà: egli ha fornito così alla tecnica un materiale per getti che riunisce in sé tutte le proprietà desiderabili in un prodotto del genere.
Mentre prima nei getti di alluminio il carico di rottura difficilmente superava i 15 kg. per mmq. e l'allungamento raggiungeva appena il 3%, oggi i getti di alpax arrivano facilmente ad un carico di 19÷22 kg/mmq., con un allungamento del 5÷10%. E alle elevate proprietà meccaniche la nuova lega accoppia una maggiore leggerezza, una più elevata resistenza agli agenti atmosferici, un minor ritiro, una maggiore plasticità durante la solidificazione, che non tutte le altre leghe in uso nelle fonderie di alluminio. La sua diffusione è stata perciò rapidissima e larghissimo è l'uso che oggi se ne fa.
Ancora in altro modo è stato possibile perfezionare le proprietà dei getti leggieri. Si era creduto per lungo tempo che il trattamento termico, il quale consente di migliorare tanto notevolmente le leghe fucinate e laminate, non potesse essere applicato agli stessi materiali in forma di getto, ma le esperienze recentissime hanno provato che anche nei getti esso consente di arrivare a maggiori carichi di rottura e di allungamento.
Sempre proseguendo nell'intento di migliorare le caratteristiche delle leghe per getti, si è giunti a mettere in luce che una grande importanza pratica spetta all'alluminio a un alto grado di purezza: i valori più elevati delle proprietà meccaniche sono infatti conseguibili, e più agevolmente, appunto con alluminio raffinato.
La fabbricazione di metallo molto puro è stata così messa al primo piano fra i problemi della metallurgia dell'alluminio. Il metallo raffinato ha oggi ancora un costo troppo alto per poter passare da impieghi limitati per esigenze speciali ai larghi consumi della tecnica corrente.
Nei grafici seguenti sono riportate la produzione mondiale e quella italiana dell'alluminio, nei diversi anni.
Impieghi dei composti di alluminio. - La bauxite, oltre che alla preparazione di allumina pura dalla quale si possono ottenere i sali di alluminio, serve come materiale refrattario, nell'industria del cemento alluminoso, ed è stata proposta come assorbente per la purificazione di olî e per il ricupero di solventi volatili.
Con il caolino si ottengono le porcellane, con le argille più o meno pure le terrecotte, i laterizî, le maioliche, i grès, i refrattarî silico-alluminosi; esso è anche impiegato come materia prima nell'industria del cemento Portland, quando non si hanno a disposizione marne di composizione desiderata. Il caolino serve ancora alla preparazione di un pigmento colorante molto usato, l'oltremare, che si ottiene scaldando a temperatura elevata un miscuglio di caolino, solfato sodico e carbone.
L'allumina delle bauxiti serve alla preparazione degli abrasivi, che si ottengono scaldando fmo a scorificazione delle bauxiti molto impure per ossido ferrico e silice. L'allumina fusa e colorata con ossidi metallici fornisce le gemme artificiali: così si ottiene il rubino colorandola con una traccia d'ossido di cromo.
Gli ioni alluminio hanno la proprietà di floculare i colloidi. Si impiega questa loro proprietà nell'industria della concia delle pelli, dove sono molto usati il solfato di alluminio e l'allume potassico.
I sali di alluminio servono nell'industria tintoria come mordenti e per la preparazione delle lacche.
I sali di alluminio trovano impiego nella farmacologia. Essi infatti, come i sali dei metalli pesanti, formano con l'albumino albuminati compatti e hanno perciò azione astringente ed emostatica. Legandosi come sali semplici o doppî ad acidi inorganici come il silicico, borico, solforico, e in numero più abbondante ad acidi organici come l'acetico, tartarico, formico, salicilico, tannico, dànno luogo ad una numerosa serie di prodotti, alcuni solubili in acqua, altri insolubili, ad azione generale astringente, emostatica e più o meno antisettica, usati per indicazioni diverse della terapia; il più spesso per uso esterno, come polveri, liquidi per inalazioni, irrigazioni, impacchi esterni; più limitatamente per uso interno, specialmente nella terapia delle malattie gastrointestinali.
Il solfato doppio di alluminio e potassio è l'allume (v.) usato in soluzione per irrigazione nelle leucorree, per impacchi nella iperidrosi e nella disidrosi. L'acqua del Pagliari (acqua 30 + allume 2 + benzoino 1) e l'acqua del Pollacci (acqua 20 + allume 2 + benzoino 1 + cloruro di sodio 2) sono state spesso adoperate a scopo emostatico, p. esempio, nell'epistassi. Calcinando l'allume si ottiene l'allume usto, molto avido di acqua e con azione astringente più energica.
A scopo antisettico sono stati adoperati nella medicazione chirurgica l'acetato di alluminio, l'aceto-formiato di alluminio o formestone, il solfofenato di alluminio e potassio, l'alluminiosozoiodolo; per la disinfezione di materie organiche in putrefazione il cloruro di alluminio.
Le soluzioni di acetotartrato di alluminio, o alsolo, di boroformiato di alluminio, di borotartrato di alluminio o boral, di borotannato di alluminio, o cutolo, di borotannotartrato di alluminio, o cutolo solubile, di lattato di alluminio, o lacalut, di solfato di alluminio, di solfofenato di alluminio sono state indicate per colluttorî e per usi dermatologici e ginecologici.
In otorinolaringoiatria sono state adoperate polverizzazioni di salicilato di alluminio, o salumina solubile, di tannato di alluminio, o tannal insolubile, di tannotartrato di alluminio, o tannal solubile: in dermatologia e venereologia il solfonaftolato di alluminio, o alumnolo e il gallato basico di alluminio o gallal.
In medicina interna, come assorbente, astringente, antidiarroico fu adoperato l'ossido idrato di alluminio, o allumina, o argilla pura, o argilla artificiale e anche di più il silicato di alluminio, o argilla sterilizzata o Bolus alba (v. anche argilla): per lo stesso scopo recentemente fu proposto il caseinato di alluminio. Recentemente è stato indicato l'idrossido di alluminio colloidale, o alucol, come rimedio della ipercloridria, per la sua proprietà di assorbire gli acidi del succo gastrico.
La diffusione sempre più grande degli utensili di alluminio ha fatto ricercare se la somministrazione di piccole quantità di alluminio può essere nociva alla salute: i risultati sono stati completamente rassicuranti.
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