Metallurgia del rame

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La metallurgia del rame è un settore specifico della metallurgia, che riguarda la tecnica relativa al trattamento dei minerali ad alto contenuto di rame allo scopo di ottenere rame o sue leghe.

Estrazione del rame[modifica | modifica wikitesto]

Nome Formula  % Rame nel
minerale puro
Chalcopyrite perou.jpg
Calcopirite
CuFeS2
34.5
Chalcocite.jpg
Calcocite
Cu2S
79.8
Covellite-USA.jpg
Covellite
CuS
66.5
Bornite.jpg
Bornite
2Cu2S•CuS•FeS
63.3
Tetraedrite.jpg
Tetraedrite
Cu3SbS3 + x(Fe,Zn)6Sb2S9
32-45
Malachite Macro 43.jpg
Malachite
CuCO3•Cu(OH)2
57.3
Azuritechessy.jpg
Azzurrite
2CuCO3•Cu(OH)2
55.1
Cuprite.jpg
Cuprite
Cu2O
88.8
Chrysocolla USA.jpg
Crisocolla
CuO•SiO2•2H2O
37.9

Minerali contenenti rame[1]

Rame nativo[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Rame nativo.

Il rame nativo è oggi raramente usato per scopi industriali in quanto è preferibile estrarlo da minerali più abbondanti tra cui la cuprite, la calcopirite, la covellite e la tetraedrite.

Si trova in quantità relativamente piccole in:

Minerali ossidati[modifica | modifica wikitesto]

Anche l'utilizzo degli ossidi è oggi molto limitato a causa della bassa quantità di minerale reperibile. Nel caso degli ossidi è possibile seguire un procedimento di produzione analogo a quello del ferro.

Minerali solforati[modifica | modifica wikitesto]

I minerali solforati costituiscono la principale fonte di rame primario.

Dopo l'estrazione in miniera, i minerali vengono frantumati e macinati per ottenere una granulometria adatta agli stadi successivi, in cui si separano gli inerti dalle frazioni ricche in rame.

Attraverso la flottazione le polveri emulsionate con liquidi tensioattivi vengono immesse in grandi vasche dalle quali si asporta lo stato schiumoso superficiale, ricco in rame ancora legato allo zolfo. Si ottengono quindi dei fanghi, i quali vengono asciugati e concentrati nei passaggi successivi: dapprima meccanicamente (concentrazione) e poi termicamente (arrostimento).

Nel forno, attraverso insufflaggio di aria o ossigeno, si ottiene la formazione di SO2 gassosa che si separa dal metallo liquido.

2CuFeS2(s) + 3O2(g) → 2FeO(s) + 2CuS(s) + 2SO2(g)

Contemporaneamente l'aggiunta di silicio permette l'eliminazione del ferro presente: la scoria, composta da silicati, galleggia e viene asportata.

FeO(s) + SiO2 (s) → FeO.SiO2 (l)
2FeS(l) + 3O2 + SiO2 (l)2 → 2FeO.SiO2(l) + 2SO2(g)

Raffinazione termica[modifica | modifica wikitesto]

La raffinazione termica prosegue nel forno Pierce-Smith attraverso ulteriore insufflaggio di ossigeno o aria; poiché si ossida parzialmente anche il bagno, si procede con il pinaggio, che consiste nell'inserire un tronco verde di pino che, bruciando, sprigiona gas riducenti e vapore.

2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2
Cu2S + 2Cu2O → 6Cu + SO2

Il solfuro di ferro viene scorificato:

2FeS + 3O2 → 2FeO + 2SO2
2FeO + 2SiO2 → 2FeSiO3

Raffinazione elettrolitica[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Raffinazione elettrolitica.

Per ottenere la massima purezza del rame, è necessario svolgere una raffinazione elettrolitica. In una soluzione di H2SO4 e CuSO4 vengono posti due elettrodi: al catodo uno di rame puro e all'anodo uno di rame da purificare. Il rame si deposita al catodo, le impurezze costituite da metalli meno nobili (tra cui arsenico, bismuto e nichel)[2] restano in soluzione, quelle costituite da metalli più nobili (tra cui oro, argento e platino[2]) precipitano in corrispondenza dell'anodo formando i cosiddetti "fanghi anodici".

All'anodo: Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e
Al catodo: Cu2+(aq) + 2e → Cu(s)

I catodi ottenuti sono costituiti da rame con purezza maggiore del 99,99%,[2] in genere in lastre di 96×95×1 cm, dal peso di circa 100 kg. Il rame elettrolitico così ottenuto non è ancora pronto per essere lavorato direttamente; deve infatti essere rifuso per farne billette, placche o vergelle, da cui si ottengono per lavorazione plastica i vari semilavorati (come fili, tubi, barre, nastri o lastre).

Idrometallurgia[modifica | modifica wikitesto]

Un'altra tecnica è quella idrometallurgica, che però è poco usata. Trova impiego principalmente per l'estrazione del rame dalle acque di miniera. Il rame deve essere sotto forma di ossido, se è sotto forma di solfuro è necessario fare prima un arrostimento all'aria.

Il metodo consiste nel disciogliere in acido solforico o solfato ferrico l'ossido di rame. Quest'ultimo è solubile mentre ferro e ganga non lo sono. Si recupera il metallo con elettrodeposizione o precipitazione.

Produzione con batteri[modifica | modifica wikitesto]

Bisogna aggiungere che una percentuale sempre più consistente del rame estratto dalle miniere sfrutta le biotecnologie. Il minerale viene fratturato e messo in vasche nelle quali viene pompata acqua arricchita di batteri, i Thiobacillus ferroxidans e i Thiobacillus thiooxidans. Questi microrganismi ossidano il solfuro di rame (insolubile in acqua) trasformandolo in solfato (solubile), ottenendo energia per le loro funzioni vitali. Questo sistema permette un notevole risparmio di energia rispetto all'estrazione tradizionale (fino al 30%) e non libera in atmosfera gas nocivi.

Riciclo[modifica | modifica wikitesto]

Il riciclo del rame rappresenta una fonte notevole di materia prima: in Italia il 40,5% del consumo di rame è soddisfatto dal riciclo (media degli anni 2003-07), mentre nel mondo si tale percentuale si aggira intorno al 34%.

Il rame di riciclo può essere di due tipi:

  • di primo tipo o di recupero, quando proviene dallo smantellamento e demolizione di manufatti al termine della loro vita utile (ad esempio: linee di contatto ferroviarie, impianti elettrici, tubazioni, avvolgimenti di motori, monete);
  • di secondo tipo o di produzione, quando proviene da sfridi e ritagli dal ciclo di produzione dei semilavorati e nelle lavorazioni a valle dei semilavorati stessi (ad esempio: asportazione di truciolo per rubinetteria e valvolame, tranciatura del nastro per le monete).

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Samans, Carl H. Engineering Metals and their Alloys MacMillan 1949
  2. ^ a b c McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science and Technology

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  • Paolo Silvestroni, Fondamenti di chimica, 4ª ed., Roma, Veschi Editore, 1974.
  • John C. Kotz, Paul Treichel Jr., Chimica, 2ª ed., Napoli, EdiSES, 2003.
  • Sacco, Pasquali, Marchetti, Chimica generale e inorganica, 1ª ed., Milano, Casa Editrice Ambrosiana, 1998.
  • (EN) McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science and Technology, New York, McGraw-Hill, 2006.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

chimica Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia