Buda Radu 123/1 (II)

Substante minerale utile: ALUMINIUL Metalul viitorului

Nu intotdeauna ceea ce se afla in cantitate mare si mult raspandit in natura a fost si cunoscut de timpuriu de catre om. Aceasta este situatia aluminiului. Daca luam un pumn de pamant, nisip sau pietris, avem in mana circa 20g aluminiu, atat cat ar ajunge pentru confectionarea unei linguri. Mai mult de o optime din scoarta
pamantului se compune din combinatii ale aluminiului. Cu toate acestea, acest metal a fost cunoscut mult mai tarziu decat alte mai putin raspandite, dar pe care omul le-a identificat si a reusit sa le separe si sa le intrebuinteze cu mii de ani inaintea aluminiului. Pe cand aurul si cuprul erau cunoscute egiptenilor cu 12000 de ani i.e.n. si in Europa erau intrebuintate cu 4000 de ani i.e.n., iar in circuitul industrial fusesera atrase-dupa aur si cupru-si alte metale ca fierul, plumbul, zincul, mercurul s.a., aluminiul a fost descoperit abia in secolul al XIX-lea si are deci o vechime de un secol si jumatate. Pentru aceasta, aluminiul merita cu prisosinta denumirea de "metal nou^".

Desi foarte raspandit in natura sub diferite combinatii, acest metal nu a putut fi separat decat cu multa greutate. Marea lui afinitate pentru oxigen, temperatura inalta necesara pentru reducerea oxidului si slaba tensiune de disociere a acestuia, au facut ca aluminiul sa ramana necunoscut si neintrebuintat multa vreme.

Cuvantul aluminiu deriva de la latinescul alumen, care insemna alaun. Istoricul grec Herodot mentioneaza intrebuintarea alaunului ca mordant in vopsitorie, dar sarea aceasta a fost probabil preparata pura abia de catre alchimistii medievali.

Prepararea aluminiului in laborator

Aluminiul metalic a fost obtinut intaia oara, in 1825, de Oersted prin reducerea clorurii de aluminiu anhidre, cu amalgam de potasiu. Doi ani mai tarziu, Woehler a perfectionat metoda folosind potasiu metalic, inlocuit mai tarziu prin sodiu:

Reactia chimica ce are loc este: AlCl₃+3Na Al+ 3NaCl

In aceasta reactie, din cauza greutatii atomice mici si a valentei mari a aluminiului, 23gNa dau numai 9gAl.

In anul 1827, Woehler a reusit sa-l prepare in laborator, sub forma unei pulberi cenusii si abia 18 ani mai tarziu este separat sub forma unor globule mici, cu aspect metalic, cand i s-au putut studia si proprietatile fizice si chimice.

Nu intra insa in randul materiilor prime industriale decat mult mai tarziu, cand procedeele noi au asigurat obtinerea lui in cantitati mari si la preturi acesibile.

Extractia aluminiului pe cale industriala

Aluminiul metalic a fost produs prima data in cantitati comerciale in anul 1854. Anul 1866 aduce cea mai mare perfectionare in domeniul producerii aluminiului si poate fi considerat ca inceputul metalurgiei moderne a acestui metal; numai dupa aceasta data, productia de aluminiu pe scara larga a devenit posibila.

Heroult in Franta si Hall in America, breveteaza in acelasi timp procedeul electrolizei electrotermice, intrebuintand curenti de mare intensitate. Procedeul consta in electroliza oxidului de aluminiu (Al₂O₃), numit alumina, in solutie de fluoruri (criolita) topite sub actiunea curentului electric si este, pana acum, singurul procedeu intrebuintat. In aceste conditii, dezvoltarea metalurgiei aluminiului a fost strans legata de posibilitatea de a produce energie electrica in mod avantajos. Odata invinse dificultatile pentru obtinerea lui sub forma metalica, aluminiul incepe o ascensiune rapida, facandu-si loc printre metalele intrebuintate in industrie, umpland goluri sau deplasand alte materiale. Aluminiul trece astfel din grupa metalelor rare, care abia sunt pomenite in tehnica, printre metalele de o mare importanta industriala si economica.

Aluminiul pur nu are prea multe intrebuintari din cauza slabelor calitati mecanice.

Pe cand aluminiul pur are o rezistenta la rupere de maximum 18 daN/mm², duraluminiul intrece chiar 50 daN/mm², concurand cu otelul moale.

Aluminiul nu prezinta modificari alotropice, are o mare conductibilitate electrica si termica si este rezistent la coroziune datorita formarii unei pelicule aderente compacte de Al₂O₃, rezistenta la coroziune crescand cu gradul de puritate.

Proprietatile fizice

Culoarea Aluminiul este un metal alb ca argintul. La aer, aluminiul se conserva uimitor de bine. Aceasta rezistenta se datoreste formarii unei pojghite foarte subtiri, dar compacte, de oxid, care apara restul metalului de oxidatie si-l face propriu pentru constructii in aer liber; acesta isi pastreaza culoarea si rezistenta.

Greutatea specifica (densitatea) Dintre metalele curente, aluminiul este cel mai usor, dupa magneziu, avand densitatea la 20°C de 2,70 g/cm³.

Caracteristici termice

-temperatura de topire: 658,7°C

-temperatura latenta de topire este de 93,96 cal/g.

-tensiunea superficiala a aluminiului topit intre 700° si 820°C este de 520 dyne/cm.

-viscozitatea aluminiului topit este de 0,02890 poise la 700°C si de 0,01392 poise la 800°C.

-temperatura de fierbere la presiunea normala este de 2056°C, iar caldura latenta de vaporizare este de 2305 cal/g.

-tensiunea de vapori a aluminiului este in functie de temperatura: 0,00062 mg Hg la 660°C (topit), iar la 1030°C este de 1 mg Hg.

-conductibilitatea termica la 20°C este de 0,52 cal/cm∙s∙°C.

-difuzibilitatea termica, adica proprietatea de egalizare a temperaturii in regim variabil, sau rapiditatea de incalzire, este cu putin inferioara aceleia a cuprului, dar cu mult superioara fata de a alamei si de 5-6 ori mai mare decat aceea a fontei sau a otelului.

Se constata ca aluminiul este metalul cel mai ieftin la calitati termice egale.

Aluminiul pur permite, la o conductibilitate termica egala, o micsorare a greutatii de 30% fata de cupru si de 90% fata de fonta si otel, ceea ce compenseaza diferentele de pret.

Caracteristici magnetice Aluminiul pur este usor paramagnetic, cu o susceptibilitate: k=+0,60∙10^-6(cm³/g)

Conductibilitatea electrica Una dintre proprietatile cele mai importante ale aluminiului este conductibilitatea sa electrica. Aluminiul, din acest punct de vedere, urmeaza imediat dupa cupru, ordinea metalelor bune conducatoare de electricitate fiind urmatoarea: argint, aur, cupru, aluminiu, fier. Cu cat aluminiu este mai curat, cu atat conductibilitatea este mai buna, mici cantitati de impuritati fiind de natura sa influenteze mult conductibilitatea electrica.

Proprietatile mecanice si tehnologice:

-modulul de elasticitate 6700daN/mm²

-modulul de torsiune 2700daN/mm²

-coeficientul lui Poisson 0,34

-compresibilitatea la 20°C 1,4∙10^-3, pentru un megabaryc.

Aluminiul are urmatoarele caracteristici tehnologice:

-temperatura de turnare 710-730°C;

-temperatura de prelucrare la cald 350-450° C;

-temperatura de recoacere 370-400° C;

-temperatura de recristalizare 150° C;

-contractia liniara 1,7%;

-dilatarea la topire 6,5%

Alte proprietati fizice si mecanice:

Intrebuintarile aluminiului

Aluminiul se intalneste intrebuintat sub urmatoarele forme:

-metal pur;

-aliaje de aluminiu cu alte metale;

-combinatii ale aluminiului cu alte elemente chimice (alauni, sulfati);

-sub forma de bauxita, unde apare ca Al₂ O₃ amestecat cu alti oxizi:

-sub forma de alumina (Al₂O₃) naturala sau artificiala.

Aluminiul comercial pur (commercially pure aluminum): se obtine de la electroliza, contine circa 99,5% Al. Aluminiul metalic brut produs de industrie poate contine maximum de impuritati in proportie de 2%; dintre impuritati, locul principal il ocupa fierul (circa 1%) si siliciul (0,5%), apoi urme de cupru, zinc, sodiu, floruri si alumina; aceste doua ultime elemente fiind antrenate mecanic in metal.

Prin diferite perfectionari s-a reusit ca metalul produs plecand de la bauxita, sa fie un metal omogen si avand continutul de 99,5%Al. Reducerea continutului de impuritati se obtine prin rafinarea aluminiului, care este mai mult o operatie de omogenizare. Aluminiul produs de diferite celule de electroliza este topit in cuptoare cu vatra basculanta sau in creuzete incalzite cu carbune sau cu electricitate. Prin aceasta operatie se omogenizeaza metalul, si se curata de impuritatile antrenate mecanic, fluoruri si alumina, a caror prezenta este daunatoare prelucrarii ulterioare a aluminiului prin laminare, trefilare etc.

Aluminiul superior (super-purity aluminium): Prin diverse procedee, s-a reusit sa se obtina, de catre marile intreprinderi producatoare un aluminiu extrapur, de 99,99% Al. Acesta are proprietati superioare si i se dau intrebuintari speciale, care sunt reduse ca numar, dar importante. Astfel se utilizeaza cu rol de catalizator pentru producerea gazolinei cu cifra octanica superioara, apoi la confectionarea de folie cu mare capacitate electrica si folie pentru ambalajul medicamentelor si al bijuteriilor.

Aluminiul se mai utilizeaza sub forma de pulbere in aluminotermie si pirotehnie, iar ca dezoxidant si element de aliere se intrebuinteaza la elaborarea otelurilor. Cea mai mare cantitate de aluminiu se utilizeaza pentru fabricarea aliajelor de aluminiu.

Aliaje de aluminiu: Aluminiul pur nu are multe intrebuintari din cauza slabelor calitati mecanice. De aceea s-a cautat a se corecta aceste imperfectiuni prin aliaje, adica prin adaogiri de alte metale, care sa-l faca rezistent la solicitarile mecanice sau de alta natura. Cele mai importante aliaje sunt acelea care contin cupru, siliciu, magneziu si zinc. De mica importanta, din cauza intrebuintarilor reduse, sunt aliajele cu cositor, cadmiu, stibiu si bismut. Clasificarea aliajelor aluminiului se poate face din mai multe puncte de vedere: dupa densitate, dupa numarul elementelor ce le contin, dupa modul de prelucrare.

Dintre avantajele aliajelor de aluminiu fac parte: greutate specifica mica 2,5-3 gf/cm³, conductivitate electrica si termica inalte, caracteristici mecanice superioare, rezistenta mare la coroziune si prelucrabilitate prin aschiere buna.

Amintim aliajele de aluminiu pentru turnatorie, aliaje aluminiu-siliciu, aliajele aluminiu-siliciu binare sau siluminuri (5-15%Si), aliaje aluminiu-cupru, aliaje aluminiu-magneziu, aliaje aluminiu-zinc, aliaje de aluminiu laminabile. Din grupa aliajelor de aluminiu laminabile care se durifica prin tratament termic, cele mai importante sunt aliajele complexe ale aluminiului, cunoscute sub numele de duralumin. Duraluminul contine urmatoarele elemente de aliere: 95%Al, 4%Cu, Mg, 0,5%Mn, 0,5%Mo, Si si Fe. Cuprul, magneziul si manganul sunt adaugate intentionat. Siliciul si fierul sunt impuritati intamplatoare, prezenta lor fiind datorita intrebuintarii unui aluminiu insuficient de pur. Totusi, numai fierul constituie o impuritate inutila sau chiar daunatoare. Duraluminul se intrebuinteaza mai mult sub forma de semifabricate: table, bare, sarma etc.

Combinatii ale aluminiului cu alte elemente chimice: Dintre diversii compusi chimici ai aluminiului se mentioneaza alaunii si sulfatii, care sunt mult mai des intrebuintati. Alaunii sunt sulfati dublii ai unui metal trivalent si un metal monovalent; cel mai cunoscut este alaunul de potasiu si aluminiu: KAl (SO₄)₂∙12H₂O. Sulfatul de aluminiu, Al₂(SO₄)₃∙18H₂O, serveste pe scara mare la fabricarea si anume la incleierea hartiei, prin formarea unei sari coloide de aluminiu cu acizii organici din colofoniul adaugat in pasta; acesta lipeste firele de celuloza. In acelasi scop se utilizeaza si alaunul. Alaunul si sulfatul de aluminiu sunt folositi pentru epurarea unor ape industriale uzate prin metode mecanochimice, acesti compusi servesc la coagularea suspensiilor coloidale aflate in aceste ape cu continut de detergenti nedegradabili biologic.

Bauxita este un material natural, eterogen, compus in principal din minerale de oxid de aluminiu, gibsit, un trihidrat si monohidtati, boehmita si diasporul. Este singurul minereu pentru extragerea industriala a aluminiului metalic.

Alumina Al₂O₃ apare ca produs calcinat in procedeul Bayer si in procedeul Combinat pentru fabricarea aluminiului. In forma comerciala este o pulbere fina de culoare alba, continand circa 5% impuritati. Principala intrebuintare a aluminei este pentru producerea aluminiului metalic.

Domeniile de intrebuintare ale aluminiului si ale aliajelor sale: Aluminiul metal si aliajele sale sunt utilizate pentru multe produse din cauza densitatii sale scazute, a inaltei conductibilitati electrice si termice, a rezistentei la coroziune, a absorbtiei scazute de neutroni in sectiunea transversala, a netoxicitatii, a maleabilitatii, a reflectibilitatii, a proprietatilor nemagnetice, a insusirii de a nu produce scantei si a inaltei rezistente mecanice raportata la greutate. Produsele de aluminiu se pot clasa, in mare, in doua categorii principale: produse fasonate (lucrate) si produse turnate. Produsele fasonate (lucrate), cum sunt cele laminate, cele obtinute prin extrudare si prin forjare se apreciaza la 80% din totalul consumului, iar produsele turnate, pulberea de aluminiu si cleiul, sunt apreciate la circa 20%.

Maleabilitatea aluminiului permite fabricarea tablelor si benzilor, a extruziunii pentru obtinerea semifabricatelor cu pereti subtiri, se preteaza la repusaj si ambutisare. Datorita ductilitatii se poate trage in sarma si fire foarte subtiri.

a) Industria automobilelor: Avantajele intrebuintarii aluminiului in constructia automobilelor sunt de doua feluri: avantaje de ordin tehnic constructiv si avantaje de exploatare, adica dupa iesirea din fabrica. Avantajele de ordin constructiv se datoresc urmatoarelor proprietati ale aliajelor de aluminiu: au o rezistenta la solicitarile mecanice care poate fi comparata cu cea a otelurilor obisnuite, greutatea specifica ramanand totusi cu mult mai redusa si poseda o conductibilitate termica superioara conductibilitatii materialelor feroase. In ceea ce priveste exploatarea, avantajele apar din punctul de vedere al conducerii si al economiei. Cu cat un automobil este mai usor, cu atat el are accelerari mai rapide si posibilitati de franare mai bune, scurtand distanta de franare, ceea ce are mare importanta pentru siguranta in conducerea vehiculului.

b) Calea ferata: in general, locomotivele de cale ferata trebuie sa fie grele pentru a avea aderenta suficienta, dar restul materialului rulant poate fi cat mai usor. Vagoanele se construiesc -mai ales cele pentru pasageri- din metal si lucreaza la solicitarile mecanice ca niste grinzi. Prin aceasta constructie se realizeaza siguranta in exploatare, reducandu-se totodata si pericolul de incendiu. Dar, prin constructia metalica greutatea vagoanelor a ajuns considerabila; din aceasta cauza, trenurile si in special cele rapide, nu pot avea decat un numar limitat de vagoane. Intrebuintarea duraluminiului aduce o micsorare a greutatii proprii, o marire a vitezei si in final o economie in exploatare.

c) Aviatia: Lemnul si panza intrebuintate la inceput a facut loc metalelor. Otelul a fost si el inlocuit, mai tarziu, prin duraluminiu. Odata cu progresele facute de metalurgia aluminiului si din aceleasi motive amintite la automobile, astazi se fabrica, pentru avioane, o serie intreaga de piese de motor din aliaje de aluminiu: carcase, capuri de cilindri, pistoane, tevi de legatura, elice etc. In multe tipuri de avioan4e, aluminiul reprezinta 60% din greutatea totala.

d) Mijloacele de transport pe apa: In constructia vapoarelor se intrebuinteaza aliaje de aluminiu, in special la bastimentele de razboi, unde micsorarea greutatii are mare importanta. Astazi se cunosc aliaje de aluminiu (de ex. hidronalium), care rezista satisfacator actiunii corodante a apei de mare si a aerului marin.

e) Intrebuintarea in electricitate: Datorita proprietatilor sale cu caracter electric, aluminiul si aliajele lui au gasit o intrebuintare importanta in industria electrica si indeosebi in costructia liniilor aeriene. Conductibilitatea electrica a aluminiului este 60% din aceea a cuprului. Aluminiul este intrebuintat astazi pe scara mare pentru liniile aeriene sub trei forme: cablu de aluminiu pur, cablu de aluminiu si otel, cablu de aliaje de aluminiu. Aluminiul se intrebuinteaza si la fabricarea cablurilor electrice armate (cabluri subterane) si mai ales pentru acelea de joasa tensiune. Pentru cablurile subterane de inalta tensiune, intrebuintarea aluminiului nu este intotdeauna avantajoasa din cauza ca sectiunea este mai mare decat pentru cupru si prin aceasta se mareste cantitatea de material izolant si deci se scumpeste pretul de revenire.

f) Industria chimica: are nevoie de materiale rezistente la coroziuni. Se fabrica astazi aliaje speciale si exista procedee care acopera aluminiul sau aliajele cu o patura protectoare contra actiunii corozive a substantelor chimice (eloxare). Din aceste produse de aluminiu se fabrica tot felul de serpentine, vase, aparate, recipiente, rezervoare s.a. Aluminiul mai are un avantaj fata de alte metale intrebuintate in industria chimica si anume, acela ca prin oxidarea aluminiului se formeaza la suprafata metalului oxidul (Al₂O₃), care este incolor si deci nu denatureaza produsele chimice, cum se intampla cu sarurile de cupru si de fier. Pe langa aceasta, sarurile de aluminiu nu sunt toxice ca sarurile de cupru si de plumb.

g) Industria alimentara: Se intrebuinteaza pe scara mare in industria berii, industria laptelui, industria conservelor, la impachetarea diferitelor produse alimentare.

h) Industria metalurgica: Proprietatile reducatoare ale aluminiului fac ca el sa fie intrebuintat pentru afanarea otelului. Marea afinitate pe care o are pentru oxigen si cantitatea insemnata de caldura care se degajeaza prin combinarea cu oxigenul, permit obtinerea de temperaturi foarte ridicate, in jurul a 3000°C. Aceasta proprietate a fost folosita de Goldschmidt in scopuri metalurgice si s-a dat numele de aluminotermie la ansamblul de aplicatii bazate pe degajare de caldura obtinuta prin unirea aluminiului cu oxigenul din diferiti oxizi metalici. Acest procedeu asigura fabricarea in stare pura a unor metale, ai caror oxizi au o tensiune de disociere mai mare decat aceea a aluminiului. O alta aplicatie a aluminotermiei este sudura metalelor; se utilizeaza catode de aluminiu in fabricarea zincului pe cale electrolitica.

i) Alte intrebuintari: Aliajul Alva36 se intrebuinteaza ca metal pentru lagare in locul aliajelor de cositor. Pudra de aluminiu este folosita la prepararea vopselei de aluminiu, care se dovedeste a fi superioara altor vopsele, datorita puterii de reflectie a caldurii si luminii si rezistentei la diferiti agenti distructivi. Pentru aceleasi motive se utilizeaza fie vopseaua de aluminiu, fie chiar tabla de aluminiu pentru acoperitul caselor in zonele calduroase, pentru acoperisul vagoanelor s.a. Din aluminiu se mai construiesc preincalzitori de aer, economisori pentru caldari cu aburi, aeroterme etc. Pe de alta parte, puterea mica emisiva a aluminiului sau, ceea ce revine la acelesi lucru, puterea de reflectie mare, il face sa fie intrebuintat si ca material calorifug, in special dupa procedeul Alfol, imaginat de profesorul Schmidt si pus la punct de uzinele Dickerhoff. Aceasta operatie consta in a intrebuinta foita foarte subtire de aluminiu in straturi suprapuse, separate de straturi de aer. Se utilizeaza astfel aerul ca izolant, fiind corpul cel mai rau conducator de caldura, in combinatie cu aluminiul cu o putere emisiva foarte redusa. Cum aluminiul este intrebuintat in foi foarte subtiri, pierderile prin conductibilitate sunt reduse la minimum. Se intrebuinteaza acolo unde se cere conductibilitate redusa, in special in marina de razboi, la constructia vagoanelor frigorifere, a cisternelor calorifugate etc. Trebuie mentionat si faptul ca arhitectura foloseste din ce in ce mai mult aliajele de aluminiu pentru decoratiuni interioare (balustrade de scari, vitrine, usi metalice, mobilier s.a.), aluminiul facand sub aceasta forma concurenta otelului neoxidabil.

Originea, formarea si raspandirea zacamintelor de minereuri de aluminiu

Aluminiul este unul din metalele cele mai raspandite in scoarta terestra (7,5% Al sau 15,54% Al₂O₃), ocupand in aceasta privinta locul al III-lea dupa oxigen (47%) si siliciu (28%) si il gasim in compozitia celor mai multor roci sub diferite forme:

-sub forma de silicati in combinatie cu alte metale; constituie elementele esentiale sau accesorii ale principalelor roce terestre;

-sub forma de argila provenita din descompunerea feldspatilor potasici; acopera intinderi mari;

-sub forma de sulfat de aluminiu si potasiu, alaunita, din care se extrage alaunul;

-sub forma de fluorura dubla de aluminiu si sodiu, criolita, care are un rol important in metalurgia aluminiului;

-sub forma de hidrati de aluminiu, bauxita, care este astazi singurul minereu pentru extragerea aluminiului metalic. Prin metodele industriale aplicate astazi, aluminiul se extrage numai din oxizii de aluminiu naturali. Problema minereurilor de aluminiu consta, deci, in cautarea rocilor bogate in alumina (Al₂O₃), mai mult sau mai putin hidratata, cunoscute sub numele de bauxita. Din punct de vedere genetic, bauxitele sunt rezultatul fenomenului cunoscut sub numele de laterizare. Lateritele s-au format prin influenta agentilor atmosferici (apa, aerul, temperatura) asupra materialelor din rocile continand aluminiu, cum sunt feldspatii, argile s.a. Deci, cand in anumite conditii, care se intalnesc destul de frecvent in climatul tropical, rocile silicioase sunt descompuse, cea mai mare parte din silice este si se formeaza straturi superficiale dintr-o roca alcatuita din oxid de fier si alumina hidratata, in proportiii foarte variabile; acestea sunt lateritele. Atunci cand sunt bogate in Fe₂O₃, ele pot constitui un minereu de fier; daca predomina alumina ele devin un minereu de aluminiu si se numesc in limbajul curent bauxite.

Compozitia chimica a bauxitelor: este foarte variabila si depinde de tipul hidratului de baza, de proportia oxidului de fier si a silicatului de aluminiu. Bauxitele mai putin silicioase sunt rezervate industriei de aluminiu, pe cand cele mai bogate in silice isi gasesc intrebuintare la fabricarea produselor refractare si a cimenturilor aluminoase.

Criolitul (Al₂Fl₆∙6NaFl), o fluorura dubla de aluminiu si sodiu, este al doilea minereu principal intrebuintat la fabricarea aluminiului. Acest minereu se intalneste ca filoane, in granite; nu formeaza insa zacaminte mari.

In Muntii Bihorului si Padurea Craiului se cunosc depozite destul de importante de bauxita sub forma de straturi si lentile. Zacamintele de bauxita apar sub forma de lentile in dolinele unui vechi relief modelat pe calcarele tithonice si se exploateaza la Zece Hotare, Lunca Sprie, Rosia s.a.

Exploatarea si valorificarea zacamintelor de bauxita

Diversitatea conditiilor de zacamant a dus la un mare numar de metode de exploatare a zacamintelor de minereuri. In mare, acestea se grupeaza astfel:

-metode de exploatare in cariera (la zi);

-metode de exploatare subterana.

a) Exploatarea in cariera: Este de observat ca zacamintele de bauxita prezinta conditii de zacamant foarte propice pentru exploatarea in cariera. Fiind de origine exogena depozitele de bauxita sunt cantonate la suprafata, prezentand numeroase aflorimente si numai rareori sunt acoperite de alte formatiuni, cu grosimi, de obicei, reduse. Datorita acestor conditii de zacamant, cea mai mare parte din bauxitele prelucrate astazi provine din cariere -peste 80%- si numai restul este produs prin lucrari subterane, din depozite -de obicei lenticulare- situate la adancime mare.

b) Exploatarea prin metode subterane: Depozitele de bauxita amplasate la adancimi mai mari sunt exploatate prin metode subterane. La saparea puturilor prin corpul de minereu apar insa urmatoarele neajunsuri: corpul de minereu poate fi geologic dislocat, iar culcusul prezinta importante neregularitati.

Procedee de extragere a aluminei din bauxita: Minereul de aluminiu, bauxita, contine oxidul de aluminiu (Al₂O₃) sau alumina, care este mineralul purtator al elementului metalic util: aluminiul. Potrivit principiilor din tehnica prepararii minereulrilor, ar urma ca din minereul brut, prin aplicarea unor metode industriale de concentrare sa se obtina alumina cat mai pura, care de fept este un concentrat de aluminiu in care metalul se prezinta ca oxid.

Fabricarea aluminiului comporta doua faze:

-extragerea aluminei (Al₂O₃) din bauxita, adica separarea ei de toate celelalte impuritati;

-electroliza electrotermica a aluminei pentru a obtine aluminiul.

Prima faza in metalurgia aluminiului este prepararea aluminei din bauxita. Se cunosc mai multe procedee, care se aplica dupa natura minereului. Procedeele cele mai intrebuintate se bazeaza pe faptul ca bazele alcaline, topite sau in solutie, actioneaza asupra aluminei din bauxita si o transforma intr-un aluminat alcalin solubil. Din solutia de aluminat de sodiu, cu ajutorul bioxidului de carbon se precipita trihidratul de alumina si dupa filtrarea, spalarea si calcinarea acestuia se obtine alumina calcinata.

In industrie, realizarea practica a operatiilor bazate pe principiile amintite a fost rezolvata in diverse moduri, ceea ce a dat nastere la mai multe procedee, care poarta numiri diferite: procedeul Deville-Peciney, Procedeul Bayer.

Produsul final al diferitelor procedee de prelucrare a bauxitei este alumina hidratata sau alumina calcinata, care urmeaza a fi supusa operatiei de electroliza termica in vederea obtinerii aluminiului metalic. Pentru a se obtine rezultate multumitoare in aceasta ultima operatie este necesar ca alumina sa aiba anumite caracteristici, care depind de felul cum s-a realizat acest produs.

Metalurgia aluminiului

Alumina, obtinuta din bauxita prin unul din procedeele amintite mai inainte, poate fi asimilata cu un concentrat al mineralului care are in compozitia sa metalul cautat: aluminiul. Este necesar ca, printr-o metoda de metalurgie extractiva adecvata, sa se separe metalul din acest concentrat. Metoda gasita si intrebuintata astazi pentru obtinerea aluminiului din alumina este electroliza electrotermica, iar astfel aluminiul este destinat pentru prelucrare prin deformare plastica la rece sau la cald si prin turnare. Se stie ca electroliza consta in trecerea unui curent electric printr-o solutie de electrolit si ca ionii din solutie, rezultati din disocierea moleculelor, sunt transportati respectiv la anodul si la catodul baii de electroliza.

Electroliza aluminei se face in bai de elctroliza, care in principiu sunt cuve de electroliza de forma paralelipipedica construite din beton. In fundul cuvelor este plasata o placa din doua straturi, unul din otel si celalalt din grafit, catodul, care constituie polul negativ. Peretii cuvei si catodul sunt captusiti cu un strat de cocs de petrol amestecat cu gudron. Anodul baii este din carbune cat mai curat. Se intrebuinteaza, in acest scop, antracitul pur, carbunele de retorta cu cel mult 1% cenusa, sau cocsul de petrol, care in general este mult mai curat decat alti carbuni. Anozii sunt prevazuti cu un sistem de coborare automata deoarece se consuma in timpul electrolizei. Electrolitul este firmat din alumina dizolvata in criolita sau intr-un amestec de criolita si fluoruri (fluorura de calciu si de sodiu).

Aluminiul eliberat in timpul electrolizei se indreapta spre catod si deci se depune la fundul baii. Pentru ca aceasta depunere sa nu fie stanjenita, densitatea baii trebuie sa fie inferioara densitatii aluminiului.

Metalurgia aluminiului bazata pe electroliza, intrebuinteaza curent electric de joasa tensiune, dar de mare intensitate.

Este evacuat periodic prin sifonare aluminiu lichid si se toarna apoi in lingou. Scurgerea aluminiului este ultima din operatiile importante si la ea se pot distinge doua faze: scurgerea propriu-zisa, care consta din extragerea metalului din cuva si transportul metalului la topitorie.

Produsul obtinut: Aluminiul, obtinut prin electroliza, contine o parte din impuritatile inevitabile ale aluminei si ale electrozilor de cocs de petrol. Metalul brut contine intre 99,4% si 99,8% Al, restul fiind impuritati, ca in exemplul urmator:

Al .. 99,7 % Cu .. 0,005 %

Fe .. 0,22 % Mn .. 0,005 %

Si .. 0,07 % V .. 0,003 %

Ga .. 0,02 % Mg .. 0,003 %

Zn .. 0,01 % Na .. urme.

Ti .. 0,01 %

Intrebuintand alumina purificata in mod special si cocs de petrol triat, s-a ajuns sa se prepare direct prin elecroliza aluminiu de 99,99%.

Metalurgia prelucratoare

Aluminiul pur se produce in cantitati relativ reduse, este scump si are putine intrebuintari sub aceasta forma. In schimb, aliajele de aluminiu sunt foarte numeroase si au proprietati foarte diferite, de la o clasa de aliaje la alta. Tocmai datorita acestor proprietati, aliajele de aluminiu au intrebuintari foarte numeroase si in diferite domenii.

Este usor de inteles ca, din cauza proprietatilor lor foarte diferite, nu toate aliajele de aluminiu se preteaza la prelucrare prin orice procedeu mecanic si numeroasele aliaje ar putea fi clasificate din acest punct de vedere.

Dat fiind numarul mare al aliajelor si gama larga a caracteristicilor acestora, este usor de gasit aliaje sau grupe de aliaje, care sa se preteze la oricare din operatiile de metalurgie prelucratoare. Astfel, se disting doua mari categorii de aliaje de aluminiu: -aliaje prin deformare plastica si de turnatorie;

-aliaje pentru prelucrari mecanice.

In elaborarea acestei lucrari am folosit urmatoarea bibliografie:

1.Lazarescu, Ion, Aluminiul, Editura tehnica, Bucuresti, 1978

2. Colan, Horia, s.a., studiul metalelor, E.D.P., Bucuresti,1983

3. Memorator de metalurgie, Editura tehnica, Bucuresti, 1962

4. Manualul inginerului, volumul I, Berlin, 1941

5. Nemes, T., Petrescu,V.,Tehnologia materialelor, Ed. Univ. "Lucian Blaga, Sibiu, 2001