Scopo e campo di applicazione

L’obiettivo principale dello studio LCA e della marchiatura EPD che si vuole ottenere è quello di valorizzare l’allumina prodotta dalla lavorazione delle code di produzione dell’alluminio secondario. Questo materiale essendo ottenuto da un processo collaterale dell’alluminio secondario ha sofferto negli anni della fama di sottoprodotto povero di una produzione assai più ricca.

2.1. Unità funzionale

Conformemente a questo obiettivo è stata scelta come unità funzionale la produzione di 1 ton di allumina (20% umidità).

Per semplicità chiameremo il prodotto allumina pur essendo un materiale di composizione più complessa. L’allumina ottenuta per questa via è un materiale granulare fine con oltre il 70 % di frazione granulometrica inferiore ai 125 µm, di colore grigio scuro e odore legger- mente ammoniacale. Si tratta di un materiale di natura inorganica minerale costituito prin-

cipalmente da ossido di alluminio (Al2O3 o allumina), in quantità variabile tra il 60% e 80%,

e da altri ossidi inorganici tra cui i principali sono: ossido di silicio (SiO2 o silice), ossidi mi-

sti di ferro e ossido di magnesio (MgO). Sono presenti anche piccole quantità di alluminio metallico (1-6%). Il materiale può avere un contenuto di umidità variabile tra il 10-35% al momento della produzione, che diminuisce sensibilmente con la maturazione nello stabili- mento produttivo. In generale, viene commercializzato con un contenuto medio di umidità del 20%, che è compreso nell’unità funzionale. Il materiale è classificato non pericoloso; essendo però in forma granulare potrebbe causare irritazione per abrasione. Inoltre, poi- ché il pH è inferiore a 11,5 non rientra nelle sostanze considerate corrosive.

2.2. Il processo produttivo

La produzione di allumina avviene in concomitanza con la produzione di alluminio “secon- dario”. Il processo di produzione dell’alluminio secondario è particolarmente importante in quei paesi privi di materia prima minerale (bauxite) per la produzione di alluminio primario. Inoltre, la qualità dell’alluminio secondario è assolutamente comparabile in termini di pro- prietà meccaniche e chimico-fisiche a quella dell’alluminio primario.

Nell’impianto considerato in questo studio, la produzione di alluminio secondario risulta essere un processo multifunzionale, i cui due principali prodotti sono chiaramente l’alluminio secondario sottoforma di semilavorati (tipicamente lingotti) e allumina in forma granulare, oltre eventualmente a sottoprodotti di minore rilevanza economica quali cloruro di ammonio e altri cloruri. Normalmente questi ultimi vengono riutilizzati nel processo pro- duttivo dell’alluminio secondario stesso (riciclo a circuito chiuso) che necessita di cloruro di potassio e di sodio; tuttavia, in talune situazioni di sovra-produzione tali sali possono esse- re commercializzati per altri usi (principalmente come antigelo per strade). Non tutti gli im- pianti di produzione dell’alluminio secondario sono comunque dotati della linea di produ- zione di allumina.

Nella fusione del rottame di alluminio vengono aggiunti sali inorganici quali cloruro di sodio (NaCl) e cloruro di potassio (KCl) al fine di ottimizzare il recupero di alluminio metallico; inoltre, la presenza dei sali protegge anche l’alluminio fuso da una eccessiva ossidazione dovuta al contatto del bagno con l’atmosfera. Durante questo processo la miscela salina si arricchisce di ossidi metallici, e prevalentemente di ossido di alluminio. La separazione tra i due prodotti, alluminio fuso e scoria salina, avviene al momento della colata in lingottiera. Infatti, la miscela di sali tende a rimanere in superficie per una differenza di densità.

A questo punto la scoria salina solida arricchitasi in ossidi metallici viene inviata ad un processo completamente separato dal precedente.

Dopo essere stata triturata, macinata e vagliata in un processo di trattamento a secco, la polvere così ottenuta viene inviata ad un impianto di trattamento ad umido. Le polveri ven- gono disciolte in acqua con aggiunta di un correttore di basicità e si forma una salamoia. Infatti, l’elevata solubilità dei cloruri di sodio e potassio garantisce la completa dissoluzione di questi sali lasciando insoluti gli ossidi metallici che si vogliono recuperare. A questo punto un processo di filtrazione e lavaggio con sola acqua consente di separare la fase solida ricca in ossidi di alluminio dalla fase liquida che ha disciolto i sali. Il prodotto solido umido così ottenuto viene inviato a maturazione, che consiste semplicemente in un pro- cesso naturale di evaporazione dell’acqua in eccesso. La salamoia, invece, viene inviata ai cristallizzatori e da quest’ultimo processo si recuperano l’acqua inizialmente utilizzata per la dissoluzione della miscela salina e i sali.

Nel complesso il processo di produzione dell’alluminio secondario è privo di residui e rifiuti, poichè i sali vengono recuperati in maniera quasi integrale (talvolta si rende necessaria una minima integrazione annuale del materiale), l’acqua è utilizzata a circuito chiuso ed è necessario solamente il reintegro della quantità persa per evaporazione e gli ossidi metal- lici sono recuperati e vanno a costituire il prodotto oggetto di studio.

Il processo nel suo complesso non fa uso di additivi chimici, fatto salvo un correttore di pH a base di soda nella fase iniziale, che quindi va solo ad aggiungere altri ioni sodio alla sa- lamoia. Gli impianti di produzione dell’alluminio secondario, infatti, non necessitano di par- ticolari presidi ambientali, che sono limitati ad un controllo degli scarichi in aria per l’abbattimento delle polveri e dell’ammoniaca. L’abbattimento di ammoniaca avviene me- diante torri di lavaggio con acido solforico da cui si produce solfato d’ammonio che viene anch’esso rivenduto come sottoprodotto del processo di produzione dell’alluminio secon- dario. Per semplicità di trattazione e per lo scarso valore commerciale è stato in questa prima fase di studio considerato come un surplus del sistema.

Figura 1: Schema di flusso del processo di produzione di allumina

2.3. I confini del sistema

La possibilità di disaccoppiare completamente il processo produttivo dell’alluminio secon- dario da quello dell’allumina consente di effettuare uno studio completamente separato delle due linee di produzione. Anche dal punto di vista delle unità di processo e della loca- lizzazione fisica delle apparecchiature di processo tale separazione risulta agevole.

Pertanto, la produzione di allumina può essere modellata come un processo a se stante. Nel presente modello si è deciso di rappresentare il processo multistadio suddiviso in due macro-processi:

a) trattamento a secco che consiste essenzialmente nella frantumazione, macinazione e vagliatura delle materie prime,

b) trattamento ad umido (lisciviazione, filtrazione, cristallizzazione, maturazione)

Gli output tecnologici principali del processo sono riportati in Figura 1, insieme allo schema di flusso.