Metalli Non Ferrosi: Proprietà, Usi e Processi di Estrazione Industriale

Altri Metalli Non Ferrosi

Oltre ai metalli ferrosi, esistono numerosi altri metalli non ferrosi con proprietà e applicazioni uniche. Di seguito, esploriamo alcuni dei più importanti:

Cromo

Il cromo ha un colore grigio acciaio, è molto duro e possiede una grande lucentezza. Resiste molto bene all'ossidazione e alla corrosione. Viene utilizzato in diverse forme:

• Come cromo lucido per oggetti decorativi.
• Come cromo duro per la fabbricazione di acciai inossidabili e acciai per utensili.

• Densità: 6,8 kg/dm³.
• Punto di fusione: 1900 °C.
• Resistività: 1,1 ohm ⋅ mm²/m.

Nichel

Il nichel ha un colore argento brillante e può essere lucidato molto facilmente. È magnetico (come un prodotto ferroso) e molto resistente all'ossidazione e alla corrosione. Viene utilizzato per:

• La produzione di acciai inossidabili (in lega con acciaio e cromo).
• Attrezzature per l'industria chimica.
• Rivestimento dei metalli (tramite elettrolisi).

• Densità: 8,85 kg/dm³.
• Punto di fusione: 1450 °C.
• Resistività: 0,11 ohm ⋅ mm²/m.

Tungsteno

Il tungsteno ha un punto di fusione molto alto, il che lo rende ideale per:

• I filamenti delle lampadine a incandescenza.
• La fabbricazione di utensili da taglio per macchine.

• Densità: 19 kg/dm³.
• Punto di fusione: 3370 °C.
• Resistività: 0,056 ohm ⋅ mm²/m.

Cobalto

Il cobalto ha proprietà simili al nichel, ma non è magnetico. È utilizzato per:

• L'indurimento degli acciai per utensili (HSS).
• Come elemento per la fabbricazione di metallo duro (sinterizzazione) utilizzato negli utensili da taglio.

• Densità: 8,6 kg/dm³.
• Punto di fusione: 1490 °C.
• Resistività: 0,063 ohm ⋅ mm²/m.

Impatto Ambientale

L'estrazione e la lavorazione dei metalli comportano diversi impatti ambientali significativi:

1. Durante l'estrazione dei minerali: Se questa estrazione è effettuata a cielo aperto, l'impatto può essere ancora maggiore, poiché può influenzare negativamente alcuni habitat.
2. Durante la raccolta dei diversi metalli: Si verificano vari tipi di impatti.
3. Durante il processo di riciclaggio: L'impatto ambientale è molto più piccolo, ma comunque significativo.

Principali Tipi di Impatto e Misure Preventive

1. Emissioni

• Metalli pesanti (sotto forma di ossidi metallici e vapori di metallo volatile), che sono cancerogeni.
• Gas, polveri e gas di idrogeno, che sono molto corrosivi (pericolosi per la salute e l'ambiente).

Misure preventive: Evitare di lasciare il luogo di fabbrica di selezione e indossare le maschere protettive.

2. Acque Reflue

• Acque di lavaggio e di sverniciatura dei metalli (soluzioni alcaline e acide) e fanghi.

Misure preventive: Neutralizzare con sostanze chimiche e smaltire in discariche controllate (per evitare perdite e la contaminazione delle acque sotterranee).

3. Inquinamento Acustico

• Causato da strutture e attrezzature.

Misure preventive: Implementare isolamento esterno. Se il livello supera gli 80 decibel, è obbligatorio indossare protezioni acustiche.

Processi di Ottenimento dei Metalli

Il Processo per Ottenere lo Stagno

1. La cassiterite viene frantumata e macinata in mulini appropriati.
2. Successivamente, viene introdotta in una vasca con acqua e mescolata. Per decantazione, il minerale di stagno si deposita sul fondo e viene separato dalla ganga.
3. Il minerale viene poi introdotto in un forno, dove i solfuri di stagno presenti nel minerale vengono ossidati e trasformati in ossidi.
4. Il minerale di stagno, in forma di ossido, viene introdotto in un forno a riverbero dove avviene la riduzione (trasformazione dell'ossido di stagno in stagno metallico). Lo stagno si deposita sul fondo e la scoria in alto.
5. Infine, per ottenere una percentuale di stagno del 99%, il materiale è sottoposto a un processo elettrolitico.

Metodi di Produzione del Rame

1. Metodo a Secco (per minerali con oltre il 10% di rame)

È il processo più largamente usato.

1. Il minerale di rame viene introdotto in un frantoio e poi fatto passare attraverso un mulino a sfere per polverizzarlo. Questo mulino è costituito da un cilindro con fori molto sottili, dove i minerali e le palline di acciaio vengono polverizzati mentre il cilindro ruota liberamente.
2. Per separare il minerale dalla ganga, il minerale in polvere viene introdotto in un serbatoio pieno d'acqua e mescolato. Il minerale, più pesante, andrà a fondo, mentre la ganga galleggerà e verrà recuperata.
3. Il concentrato minerale viene posto in un forno, dove viene parzialmente ossidato. L'obiettivo è ossidare il ferro, ma non il rame. Oggi, di solito, viene collocato su un nastro trasportatore metallico che si muove lentamente, mentre il minerale viene riscaldato. Questo separa il ferro dal rame.
4. Viene quindi introdotto il tutto in un forno a riverbero dove si scioglie. Si aggiunge un flusso (silice e calce) per reagire con l'ossido di ferro e lo zolfo, formando scorie. Il rame qui ottenuto ha una purezza di circa il 40% ed è noto come rame grezzo o rame blister. Se si desidera un rame puro oltre il 99,9%, è necessaria una raffinazione elettrolitica in vasche.

2. Metodo a Umido (per minerali con meno del 10% di rame)

Viene utilizzato quando il minerale di rame è inferiore al 10%. La procedura consiste nel frantumare tutto il minerale e trattarlo con acido solforico. Poi, attraverso elettrolisi, si ottiene il rame.

Ottenimento dello Zinco: Procedure a Secco e a Umido

L'ottenimento dello zinco può avvenire tramite due procedure principali, a seconda della concentrazione del minerale:

• Via a secco: Utilizzata per minerali con oltre il 10% di zinco.
• Via a umido: Utilizzata per minerali con meno del 10% di zinco.

Via a secco

Via a umido

Ottenimento del Piombo

L'ottenimento del piombo si compone di quattro fasi principali:

1. Arricchimento

   La galena viene frantumata e macinata. Successivamente, il minerale viene separato dalla ganga per flottazione.

2. Ossidazione dei Solfuri

   Si tostano (circa 700 °C) tutti i solfuri di Pb per trasformarli in ossidi. Con l'aggiunta di silice e calce, si ottiene il monossido di piombo (PbO).

3. Riduzione

   Viene effettuata in un forno a muffola (una specie di altoforno di piccole dimensioni), utilizzando coke di carbone e calce. Il piombo ottenuto contiene molte impurità ed è chiamato piombo d'opera.

4. Raffinazione del Piombo

   Ci sono due fasi:

   1. La separazione di altri metalli (rame, zinco, argento, ecc.).
   2. La raffinazione vera e propria.

Ottenimento dell'Alluminio: Il Metodo Bayer

Il Metodo Bayer è il processo più utilizzato per ottenere alluminio, essendo il più economico. Le fasi sono le seguenti:

1. La bauxite viene trasportata dalla miniera al luogo di trasformazione (spesso vicino ai porti, poiché la maggior parte è importata).
2. Viene frantumata e macinata fino a ottenere una polvere fine.
3. Viene conservata in silos fino al momento dell'utilizzo.
4. In un miscelatore, vengono introdotti la bauxite in polvere, soda caustica, calce e acqua calda. Questo fa sì che la bauxite si dissolva nella soda.
5. Nei decantatori vengono separati i rifiuti (ossidi che sono allo stato solido e non sono stati attaccati dalla soda).
6. Nello scambiatore di calore, la soluzione viene raffreddata e si aggiunge acqua.
7. Nella vasca di precipitazione, l'allumina precipita sul fondo.
8. Un filtro separa l'allumina dalla soda.
9. L'allumina viene riscaldata a circa 1200 °C in un forno per rimuovere completamente l'umidità.
10. Nel frigorifero, l'allumina viene raffreddata a temperatura ambiente.
11. Per ottenere l'alluminio dall'allumina, quest'ultima viene disciolta in criolite fusa (che protegge il bagno dall'ossidazione) a una temperatura di circa 1000 °C, e viene sottoposta a un processo di elettrolisi che scompone l'allumina in alluminio e ossigeno.

Processo di Produzione del Titanio: Il Metodo Kroll

Attualmente, il Metodo Kroll è quasi esclusivamente utilizzato per la produzione di titanio.

1. Clorazione

   Il minerale di titanio viene riscaldato. Successivamente si aggiungono carbonio e cloro, che si diffonde in tutta la massa, ottenendo il tetracloruro di titanio (TiCl4).

2. Trasformazione

   Il composto viene introdotto in un forno a 800 °C. Dopo l'introduzione di un gas inerte (elio o argon) e magnesio, si forma la spugna di titanio.

3. Raccolta

   La spugna di titanio viene introdotta in un forno e si aggiungono flussi. Il risultato è titanio puro.

Metodi per Ottenere Magnesio

1. Per Elettrolisi

Il magnesio sale alla superficie perché ha una densità inferiore rispetto alla miscela di sali fusi. La vasca deve essere metallica e funge da catodo.

2. Per Riduzione

Consiste nell'introdurre il minerale in un forno elettrico, dove viene aggiunto un flusso per causare la rimozione dell'ossigeno.