METALLI E MINERALI

Tutti abbiamo idea di cosa sia un metallo, ma, rigorosamente, queste sostanze sono definite da ben precise proprietà:

– Sono tutti elementi semplici, cioè sono formati da atomi tutti uguali.
– A temperatura ordinaria sono tutti solidi tranne il Mercurio.
– Presentano una particolare lucentezza.
– Sono duttili (cioè si possono ridurre in fili sottili).
– Sono malleabili (cioè si possono ridurre in lamine sottili)
– Sono buoni conduttori della corrente elettrica
– Sono buoni conduttori del calore
– Hanno la tendenza a cedere elettroni trasformandosi in ioni positivi.

I Metalli vengono di solito classificati in 4 grandi famiglie:

– Ferro e sue leghe (Ghise ed Acciai)
– Metalli di uso comune (Alluminio, Rame, Piombo, Stagno e Zinco)
– Metalli Nobili (Oro, Argento e Platino)
– Metalli di uso speciale (Tutti gli altri, ad esempio Manganese, Cromo, Nichel, Cobalto, Titanio, Vanadio, Tungsteno, Cadmio, Mercurio etc ….)

Soltanto i Metalli Nobili si trovano in natura allo stato “nativo”, cioè non combinati con altri elementi. Tutti gli altri si trovano sotto forma di composti chimici, cioè combinati con altri elementi. Questi composti chimici non sono quasi mai puri, ma fanno generalmente parte di rocce, mescolati con sostanze non metallifere come quarzo, silicati o calcare. Queste impurità vengono denominate generalmente col termine di “ganga”.
La roccia formata dalla ganga e dal composto che contiene il metallo prende il nome di Minerale.
Col termine di “Metallurgia” si intende l’insieme delle operazioni che vanno fatte sul Minerale per eliminare la ganga e, successivamente, per estrarre il Metallo dal suo Minerale. Nel caso particolare del Ferro, la Metallurgia viene chiamata col nome più specifico di Siderurgia.
Le operazioni preliminari per eliminare la ganga, dopo la frantumazione del minerale, prendono il nome di “arricchimento”.
Un semplice metodo di arricchimento è la Levigazione che consiste nel sottoporre la massa del materiale all’azione violenta di un getto d’acqua che asporta la ganga più leggera.
Un metodo più complesso è la Flottazione: Il minerale, impregnato di olio, viene posto in sospensione in un liquido al cui interno viene provocata, per insufflazione di aria, la formazione di una schiuma superficiale che contiene il minerale che può essere facilmente separato.
I composti che contengono il metallo sono generalmente ossidi, solfuri, carbonati o silicati.
Riportiamo alcuni minerali più comuni:

Ferro:
Ematite Fe2O3 (Ossido ferrico)
Magnetite Fe3O4 (Ossido ferroso-ferrico)
Limonite Fe2O3.nH2O (Ossido ferrico idrato)
Siderite  FeCO3 (Carbonato ferroso)
Pirite FeS2 (Disolfuro ferroso)

Rame:
Calcopirite CuFeS2 (Solfuro di Rame e Ferro)
Calcosina Cu2S (Solfuro rameoso)
Cuprite Cu2O (Ossido rameoso)

Piombo:
Galena PbS (Solfuro piomboso)
Cerussite PbCO3 (Carbonato piomboso)
Anglesite PbSO4 (Solfato piomboso)

Stagno:
Cassiterite SnO2 (Ossido stannico)

Zinco:
Blenda ZnS (Solfuro di Zinco)
Smithsonite ZnCO3 (Carbonato di Zinco)

Alluminio:
Bauxite Al2O3.nH2O (Ossido di Alluminio idrato)
Criolite Na3AlF6 (Fluoruro doppio di alluminio e Sodio – AlF3.3NaF)

Se il Metallo è costituito da un Ossido, la sua estrazione dal composto che lo contiene viene effettuata mediante procedimenti di riduzione con Carbone (C) oppure Ossido di Carbonio (CO). Ad esempio:

2Cu2O + C  —>  4Cu + CO2
Fe2O3 + 3CO  —> 2Fe + 3CO2

Se invece è un Solfuro, viene prima trasformato in Ossido mediante riscaldamento all’aria (Torrefazione), ad esempio:

2ZnS + 3O2  —>  2ZnO + 2SO2

Mentre se è un Carbonato, per trasformarlo in Ossido, si esegue un riscaldamento in assenza di aria (Calcinazione), per esempio:

ZnCO3  —> ZnO + CO2

Successivamente gli Ossidi ottenuti vengono trattati con Carbone.

Per alcuni metalli, come ad esempio per l’Alluminio, questi procedimenti non sono sufficienti, per cui si deve procedere a processi elettrolitici, molto costosi, perchè richiedono l’uso di corrente elettrica.