I materiali: metalli, alluminio e l'impatto delle acciaierie

I materiali

I metalli

I metalli sono materiali molto versatili grazie alle caratteristiche di resistenza, durezza e lavorabilità. Sono oltre 70 i metalli presenti in natura, ma i più utilizzati sono il ferro, l'alluminio e il rame. I metalli sono esauribili, ma fortunatamente anche riciclabili.

Che cosa sono i metalli

I metalli sono gli elementi chimici più abbondanti in natura. Raramente si trovano puri, quasi sempre in composti (minerali). I metalli hanno alcune caratteristiche in comune: conducono bene la corrente elettrica e il calore e, tranne il mercurio, sono solidi a temperatura ambiente. Dall'unione tra due o più metalli, oppure tra metalli e non metalli, si ottengono leghe metalliche,

La metallurgia

Dall'ematite si estrae il ferro. Oro nativo in quarzo.La metallurgia L'insieme delle tecniche che servono per estrarre, produrre e lavorare i metalli fino a ottenere semilavorati e prodotti finiti si chiama metallurgia. Una volta prelevato il minerale da miniere a cielo aperto o sotterranee, si procede all'arricchimento (eliminazione delle rocce prive di metallo). L'estrazione avviene per fusione o per elettrolisi. Miniera d'oro sotterranea. Miniera di rame a cielo aperto.

Le proprietà dei metalli

Proprietà fisiche dei metalli

Tra le proprietà fisiche, si segnalano: • peso specifico: da 2,7 (alluminio) a 19,3 (oro); • temperatura di fusione: da 232 ºC (stagno) a 2454 °℃ ('iridio). Inoltre, tutti i metalli conducono elettricità e calore, ma in modo diverso.

Proprietà meccaniche e tecnologiche dei metalli

Le proprietà meccaniche sono durezza, resistenza alle sollecitazioni e resilienza. Le proprietà tecnologiche sono fusibilità, duttilità, malleabilità e temprabilità. LE PROPRIETÀ MECCANICHE Trazione Compressione Flessione Torsione Taglio LE PROPRIETÀ TECNOLOGICHE Fusibilità Duttilità Malleabilità Temprabilità

Il ferro e la siderurgia

Il ferro è il metallo più diffuso in natura, ma non si trova allo stato nativo, cioè puro, se non in meteoriti. Abbonda invece nei minerali magnetite, l'ematite, la siderite. I processi di estrazione, purificazione e lavorazione del ferro sono detti siderurgia. Dai minerali di ferro si possono ottenere tre materiali: la ghisa e l'acciaio (leghe di carbonio) e il ferro dolce (quasi puro).

La produzione di ghisa e acciaio

Stufa in ghisa. Katana giapponese in acciaio.La produzione di ghisa e acciaio L'acciaio è una lega di ferro e carbonio. Si ottiene dalla ghisa di prima fusione prodotta nell'altoforno riducendo la quantità di carbonio a meno del 2%. Questo processo (detto decarburazione) si effettua mediante convertitori a ossigeno o convertitori LD: l'ossigeno soffiato sulla massa fusa si combina con il carbonio formando anidride carbonica, che si disperde

Ghisa di seconda fusione

La ghisa di seconda fusione (con aggiunta di rottami ferrosi) resiste bene alla corrosione, perciò è usata per termosifoni, tombini, cancelli, arredi urbani.Le proprietà dell'acciaio L'acciaio ordinario contiene solo ferro e carbonio e fonde a temperature superiori ai 1500 °C. Resiste bene alle sollecitazioni, è duttile e malleabile e può essere saldato. L'aggiunta di carbonio aumenta resistenza e durezza. L'acciaio ordinario è poco resistente alla corrosione, perciò si aggiungono nichel (8-20%) e cromo (18-25%) per ottenere acciaio inossidabile o acciaio inox, che è riciclabile all'infinito.

L'impatto ambientale delle acciaierie

Quando il vento investe i parchi minerali, solleva polveri sottili che si disperdono nel mare e nell'aria, raggiungendo i centri abitati. Inoltre, la produzione di acciaio genera sostanze tossiche e scarichi che talvolta vengono emessi nell'ambiente. Infine, per produrre una tonnellata di ferro servono 500 kg di carbone, che generano 1,5 tonnellate di CO2. Una via per ridurre il notevole impatto ambientale delle acciaierie è il riciclo dell'acciaio esistente.

L'alluminio

L'alluminio è un metallo argenteo e lucente che non si trova allo stato puro ma si estrae dalla bauxite. Le sue proprietà principali sono la leggerezza, la buona conducibilità termica ed elettrica, la duttilità, la malleabilità e la fusibilità (fonde a 660 °℃). Inoltre, resiste bene alla corrosione e non è tossico, ma è difficilmente saldabile. L'aggiunta di altri metalli permette di ottenere leghe leggere. Utilizzato in serramenti, pentole, contenitori, pellicole per alimenti, mezzi di trasporto, l'alluminio combina leggerezza e robustezza.

Riciclare l'alluminio

L'alluminio è un materiale permanente, riciclabile al 100% e all'infinito. Raccogliere e riciclare l'alluminio permette di risparmiare il 95% dell'energia che sarebbe necessaria per produrre oggetti a partire dalla bauxite, con una conseguente riduzione delle emissioni di CO2.

1. Raccolta differenziata
2. Cernita
3. Comminuzione
4. Fusione
5. Colatura
6. Rullaggio
7. Formatura

Il rame

Il rame è un metallo lucente dal colore rosso chiaro. In natura non si trova allo stato puro, ma in minerali come la malachite, la calcopirite e la cuprite. Il processo di estrazione dal minerale assomiglia a quello del ferro: la frantumazione della roccia è seguita da arricchimento e fusione in presenza di ossigeno, da cui si ottiene il rame opaco. Cuprite.

Proprietà e utilizzi del rame

Il rame è molto utilizzato per le sue proprietà : è un ottimo conduttore termico ed elettrico; inoltre è molto duttile e malleabile. Grazie a queste caratteristiche è usato per la fabbricazione di tegami, fili elettrici, lastre per incisione, lamine per la copertura dei tetti.

Le leghe di rame

Con aggiunte di altri metalli, il rame da origine a leghe, come il bronzo e l'ottone. Il bronzo (rame e stagno) è più resistente, duro e fusibile, ma è meno duttile. L'ottone (rame e zinco) è più leggero, duro e resistente del rame, ma conduce meno l'elettricità. In alto: portale in bronzo; in basso: strumento musicale in ottone.

Riciclare il rame

In Europa quasi la metà del rame prodotto deriva dal riciclo. Il rame riciclato (secondario) ha le stesse proprietà del rame primario, perciò la riciclabilità è infinita.

miniera produttori di semilavorati di rame e leghe rottami raccolta e cernita dei rottami ne secondario Rame primario semilavorati: tubi, laminati, barre, fili prodotti

La lavorazione dei metalli

Una volta estratto dal minerale e purificato, il metallo è pronto per essere lavorato. Esistono varie tipologie di lavorazioni: per fusione, per deformazione plastica e per asportazione di materiale. La fusione si impiega per realizzare oggetti dalla forma complessa. Si cola il metallo fuso direttamente all'interno di uno stampo. Fusione di argento.