Estrazione e raffinazione: dalla terra rossa all'alluminio

Non importa quante sillabe usi per dirlo, l'alluminio è uno dei metalli industriali più utili che abbiamo. Leggero, resistente, facilmente legabile, altamente conduttivo e facile da lavorare, colare ed estrudere, l'alluminio ha trovato la sua strada praticamente in ogni processo industriale e prodotto commerciale immaginabile.

La vita moderna sarebbe impossibile senza l’alluminio, eppure il metallo argentato è stato ampiamente utilizzato solo negli ultimi 100 anni circa. C'è stato un tempo, non molto tempo fa, in cui le stoviglie in alluminio erano uno status symbol e valevano letteralmente più del loro peso in oro. La ragione della sua rarità risiede nello sforzo necessario per estrarre l'elemento abbondante dalle rocce che lo trasportano, così come l'energia per farlo. Le forze che fino a poco tempo fa impedivano all'alluminio di essere utilizzato dall'uomo sono state superate, e vale la pena esaminare la chimica e l'ingegneria necessarie per farlo nella prossima puntata di "Estrazione e raffinazione".

L'alluminio è l'elemento metallico più abbondante nella crosta terrestre. Ma per qualcosa che costituisce in media l'8% del terreno sotto i piedi, è estremamente difficile da trovare nella sua forma elementare. Non ci sono affioramenti o vene di alluminio metallico da estrarre; l'alluminio si trova quasi sempre nelle sue varie forme di ossido e deve essere liberato chimicamente per poter essere utilizzato come metallo industriale.

Sebbene le rocce contenenti alluminio siano ampiamente distribuite, esistono solo pochi giacimenti economicamente significativi del minerale primario dell’alluminio: la bauxite. Il contenuto esatto di bauxite varia, ma generalmente è composto da minerali di ossido di alluminio in associazione con idrossidi di alluminio, argille, quarzo e minerali contenenti ferro. Alcuni dei giacimenti più grandi e ricchi di bauxite si trovano ai tropici, dove periodi alternati di alte temperature e abbondanti piogge sono seguiti da lunghi periodi di siccità.

L’alterazione chimica favorita da queste condizioni è in realtà il primo passo nella lavorazione dell’alluminio: rompe la bauxite, che è già una roccia molto morbida, in pezzi di piccole dimensioni che possono essere facilmente raccolti. La maggior parte della bauxite viene estratta utilizzando tecniche di estrazione a cielo aperto. L’attuale leader mondiale nella produzione di bauxite è l’Australia, che produce circa un quarto della produzione mondiale. La Cina è al secondo posto, mentre la Guinea, nazione dell’Africa occidentale, è al terzo posto. Esistono anche grandi giacimenti di bauxite in Brasile e nei Caraibi, principalmente in Giamaica.

Poiché ci sono solo pochi posti al mondo in cui viene estratta la bauxite, il minerale viene spesso spedito su lunghe distanze per un'ulteriore lavorazione. Ciò può rivelarsi una proposta pericolosa quando il minerale viene spedito attraverso l'oceano a causa della liquefazione e della separazione dinamica. La bauxite in genere contiene molta argilla e, se esposta all'acqua piovana, può formare una sospensione simile a sabbie mobili che si comporta come un liquido. Quando viene caricata nelle stive di una nave portarinfuse, la bauxite eccessivamente bagnata può spostarsi e, se unita alla tendenza dell'acqua contenuta nel liquame a migrare verso l'alto, modificare il centro di gravità della nave con risultati disastrosi.

Il minerale grezzo di bauxite deve essere trattato chimicamente per rimuovere le impurità e renderlo pronto per la fusione dell'alluminio in esso contenuto. A questo scopo viene quasi sempre utilizzato il processo Bayer, che consiste nella cottura di grandi quantità di bauxite frantumata in un recipiente a pressione con una soluzione di soda caustica o idrossido di sodio. A una temperatura compresa tra 150° e 200° C, gli ossidi e gli idrossidi di alluminio, normalmente insolubili in acqua, reagiscono con il sodio nell'idrossido di sodio per formare alluminato di sodio:

Questo solubilizza l'alluminio nella bauxite ma non le impurità, che sono principalmente ossidi di ferro. I materiali insolubili, insieme all'idrossido di sodio in eccesso, vengono filtrati in un prodotto di scarto chiamato "fango rosso". Grandi quantità di fango rosso vengono prodotte negli impianti di lavorazione della bauxite e immagazzinate nelle lagune, spesso formate dall'allagamento dei pozzi di bauxite esauriti quando il minerale viene lavorato vicino a dove è stato estratto. Gli ossidi contenuti nel fango rosso hanno un valore economico e possono essere recuperati per essere utilizzati in processi industriali che includono il recupero di tracce di elementi delle terre rare che possono essere presenti negli sterili. Il fango rosso può anche portare al disastro se non viene gestito correttamente.