Argomento interdisciplinare Tecnologia-Scienze-Geografia-Storia

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1 1 Argomento interdisciplinare Tecnologia-Scienze-Geografia-Storia

2 2 I METALLI sono materiali di origine NATURALE, NON BIOLOGICA (non nasce, non si nutre, non cresce, non si riproduce e non muore) e sono ricavati dalla lavorazione di minerali estratti dalle rocce. minerali rocce La classificazione e l origine delle rocce sarà argomento di SCIENZE per adesso voglio solo che vi ricordiate che la maggior parte dei minerali si originò e si origina ancora oggi nelle zone profonde della terra, dove si trovano alte pressioni ed elevate temperature. Quando arrivano sulla superficie si solidificano in rocce che vengono classificare a seconda del processo che le origina in magmatiche (ignee), metamorfiche o sedimentarie. Abbiamo rocce costituite da un solo minerale (roccia calcarea costituito da sola calcite, oro e argento); e rocce che contengono % variabili di diversi minerali.

3 33 Le RISERVE di MINERALI sono in via di ESAURIMENTO e lo sfruttamento intensivo ha condotto spesso a: danni all ambiente con devastazioni del paesaggio, erosione del suolo inquinamento causato dai rifiuti che si producono durante la lavorazione lavoro minorile nei paesi meno sviluppati (Africa) I maggiori produttori di minerali sono: CINA - RUSSIA AMERICA Oggi è quindi opportuno limitare la produzione di minerale vergine (estratto dalla natura) attraverso alcuni accorgimenti: 1. Riciclare con raccolta differenziata e trasformazione ad opera di consorzi; CIA, CIAL 2. Sostituire i metalli più dannosi all ambiente con altri materiali meno inquinanti (es: rame sostituito nel settore delle telecomunicazioni dalle fibre ottiche ottenute dal vetro a sua volta prodotto partendo dalla sabbia-ossido di silicio-quarzo)

4 4 I metalli sono solidi a temperatura ordinaria tranne il Mercurio (Hg) che è liquido. Sono circa 80 e di questi noi ne studieremo soltanto alcuni classificandoli in due grandi categorie: GHISA (ferro + carbonio dal 2al4%) FERROSI Metalli che contengono Ferro come : ACCIAIO (ferro + carbonio <2%) il FERRO si estrae dalle seguenti ROCCE FERROSE: MAGNETITE (ossido) EMATITE (ossido) LIMONITE (ossido) PIRITE (solfuro) SIDERITE (ossido) METEORITE 72% FERRO 69% FERRO 59% FERRO 46% FERRO 42% FERRO 100% FERRO NON FERROSI Metalli che NON contengono Ferro RAME Cu OTTONE Cu+Zn BRONZO Cu+Sn ALLUMINIO Al MERCURIO Hg ORO Au- ARGENTO Ag * CROMO Cr PIOMBO Pb SCHEDA MINERALE: (Ricerca testo: inserisci il nome del minerale) PROVA! scrivi il nome di alcuni oggetti realizzati con il Metallo, se riesci ad identificarlo specifica anche il metallo usato, soprattutto se puoi distinguere i ferrosi dai non ferrosi. * puri

5 5 Riepiloghiamo tutte le proprietà che possono avere: CHIMICO-FISICHE MECCANICHE TECNOLOGICHE DENSITÀ - PESO SPECIFICO DUREZZA DUTTILITÀ (fili) TEMPERATURA DI FUSIONE (non combustibile) CONDUCIBILITÀ TERMICA RESILIENZA o TENACITÀ Resistenza urti RESISTENZA ALLA COMPRESSIONE MALLEABILITÀ (fogli) FUSIBILITÀ CONDUCIBILITÀ ELETTRICA RESISTENZA ALLA TRAZIONE SALDABILITÀ RESISTENZA ALLA CORROSIONE RESISTENZA ALLA FLESSIONE, TORSIONE, TAGLIO TEMPERABILITÀ (aumenta la sua durezza se portato ad alte temperature e raffreddato velocemente) PROVA! studia bene il capitolo sui Metalli del tuo Libro di Teso (Idea, Progetto, Innovazione / Fare - G. Paci Zanichelli)

6 6 Il FERRO allo stato puro (simbolo chimico Fe), presenta molte proprietà scadenti, queste si annullano se lo mescoliamo al CARBONIO a formare una LEGA (termine che definisce l unione tra 2 metalli). A seconda della % di Carbonio si distinguono due LEGHE: GHISA (Fe + C) dove C > 2 % max 5% ACCIAIO (Fe + C) dove C < 1,9% Quello che noi chiamiamo comunemente ferro, come le gambe dei vostri banchi, in realtà è Acciaio Dolce a basso tenore di carbonio (fa la ruggine). Per ottenere queste leghe, l uomo deve procedere come segue: 1. Escavazione delle rocce nelle miniere (filone sotterraneo o a cielo aperto) 2. Stabilimento METALLURGICO, dove si estrarre il Ferro dalle rocce. 3. Stabilimento SIDERURGICO, dove si ottiene la GHISA e l ACCIAIO.

7 7 Settore della metallurgia che porta alla produzione della GHISA e dell ACCIAIO. Il centro siderurgico è composto da: 1.ALTOFORNO (dove si produce la GHISA) 2.ACCIAIERIA (dove si produce l ACCIAIO) 3.LAMINATOIO (dove si producono i manufatti)

8 8 È una torre alta (da qui il nome) fino a metri e un diametro di circa 10 metri. E costruita in materiale refrattario (resistente alle alte temperature) e suddivisibile in 6 parti: 1. BOCCA dalla quale si carica la materia prima, rappresentata da : CARBONE ( coke 1kg distillazione Litantrace). CALCARE (CaCO 3 1kg). ROCCE FERROSE (ossidi Fe 2 -O 3 ) ( 2t ). Alla Temperatura di 200 C avviene la COMBUSTIONE 2. TINO CILINDRICO dove avviene l essicazione del materiale e si raggiungono le T di 300 C.(- H 2 O) 3. TINO CONICO dove si raggiungono T di 1200 C e il Ferro perde l ossigeno (RIDUZIONE FeO -- Fe). 4. VENTRE dove si raggiungono 1400 C e il ferro si arricchisce di Carbonio (CARBURAZIONE Fe+C--Fec). 5. SACCA dove si raggiungono 1600 C e si ottiene la GHISA 6. CROGIOLO dove si raccoglie la ghisa fusa; è dotato di più uscite differenziate dalle quali fuoriesce: GHISA FUSA (usata come tale o mandata all Acciaieria) SCORIE dette anche GANGHE o LOPPA più leggere, che possono essere utilizzate nella produzione di cemento a presa rapida o lana di roccia. L altoforno resta acceso per 10 anni a ciclo continuo, poi viene demolito e produce fino a tonnellate di ghisa al giorno

9 9 FERRO + CARBONIO (da 2 a 4%) GHISA BIANCA Struttura fine colore chiaro GHISA GRIGIA Contiene grafite (carbonio libero) colore scuro Durezza elevata ma Fragile Fonde (1200 C) senza prima rammollirsi quindi non è lavorabile Scarsa tenacità USATA PER PRODURRE ACCIAIO Buona resistenza alla corrosione Fondendo (1200 C) si rammollisce e può essere lavorabile USATA PER TUBAZIONI E TERMOSIFONI E STUFE

10 10 da 0,15% a 1,9% di carbonio In 15 Minuti la ghisa si trasforma in Acciaio La GHISA che proviene dall altoforno viene DECARBURATA. Questa raffinazione avviene in ACCIAIERIA per mezzo di CONVERTITORI, il cui principio di funzionamento si basa su una rapida reazione fra Carbonio e Ossigeno (corrente d aria calda o ossigeno puro), che diventano anidride carbonica (CO 2 ), gas che fuoriesce dal convertitore, nel quale resterà l acciaio. Fe-C + O 2 Fe + CO 2

11 11 L acciaio fuso o in lingotti in uscita dal CONVERTITORE, viene portato al LAMINATOIO per essere trasformato in SEMILAVORATI: LAMINE (laminazione) BARRE e PROFILATI (trafilatura e laminazione) TUBI (trafilatura) FILI (estrusione) PEZZI a STAMPO (fucinatura stampo con martello) L acciaio è un MATERIALE ECOLOGICO in quanto totalmente RICICLABILE (Consorzio Nazionale Acciaio CNA), il 40% della produzione mondiale è costituita da materiali di riciclo, con risparmio di materia prima ed energia, ROBUSTO ed ELASTICO.

12 12 PROPRIETÀ ACCIAIO ORDINARIO (solo Acciaio con % variabili di C) Grande durezza e resistenza espressa come carico di rottura da 40 a 200 kg/mm 2 - Buona fusibilità, saldabilità, malleabilità, duttilità, elasticità e resistenza alla corrosione -Punto di fusione C extra dolci: carbonio tra lo 0,05% e lo 0,15%; semidolci: carbonio tra lo 0,15% e lo 0,25% dolci: carbonio tra lo 0,25% e lo 0,40%; semiduri: carbonio tra lo 0,40% e lo 0,60%; duri: carbonio tra lo 0,60% e lo 0,70%; durissimi: carbonio tra lo 0,70% e lo 0,80%; extraduri: carbonio tra lo 0,80% e lo 0,85%. Gli acciai dolci sono i più comuni e meno pregiati ma più malleabili e resilienti FERRO + CARBONIO (da 0,15 a 1,9%) PROPRIETÀ ACCIAIO SPECIALE (acciaio legato ad altri elementi) Ha le stesse proprietà elencate nell acciaio ordinario, con l aggiunta di proprietà particolari Acciaio al Nichel (fino 8%) Aumenta la tenacità. Per pezzi di ingranaggi es:cuscinetti Acciaio al manganese (fino 13%) Aumenta la durezza e la resilienza. Per rotaie e ruote del treno. Acciaio inossidabile (cromo 18% e nichel 8%) Molto resistente alla corrosione. Per molti usi dalle pentole da cucina, rubinetti, posate ai motori a reazione. Acciaio extrarapido (tungsteno 18%, cromo 6%, vanadio 1,8%). Durezza e resistenza alle alte temperature. Per le punte dei trapani. Acciaio al silicio ( 1% silicio) resistenza ed elevata elasticità. Per le molle.

13 13 Sottile lamina di acciaio ricoperta su entrambi i lati di stagno fuso. Lo stagno impedisce la corrosione e l ossidazione che avviene a contatto con il cibo, mentre l acciaio ne garantisce la robustezza. Nel 1830 compaiono le prime scatolette che mantengono inalterato il cibo (non entra luce e aria). Il primo ad averle importate in Italia fu Francesco Cirio capostipite della famosa industria di conserve italiana.

14 14 Fu il primo metallo ad essere estratto dalle rocce (5000 anni fa - età del rame 3000 anni a.c). Si estrae dai minerali: CALCOPIRITE CUPRITE Proprietà principali: fonde a temperatura 1083 C. ha colore rossastro e lucentezza metallica (si considera seminobile) si ossida facilmente e si ricopre di verderame che lo rende poi inattaccabile agli acidi organici (es: canale pluviali), quindi RESISTE ALLA CORROSIONE. Duttile (es: fili elettrici), malleabile (lamine). Ottimo conduttore termico (es: paioli) ed elettrico (es: cavi elettrici). OGGI È STATO IN LARGA PARTE SOSTITUITO DALL ACCIAIO E DALL ALLUMINIO perché nel processo di estrazione è causa di INQUINAMENTO ambientale; anche una bassa concentrazione in un corso d acqua risulta mortale per gli organismi viventi.

15 15 OTTONE RAME + ZINCO Colore giallo, inattaccabile dagli agenti chimici BRONZO RAME + STAGNO Colore bruno CUPROALLUMINI RAME + ALLUMINIO CUPRONICHEL RAME + NICHEL ALPACCHE (NICHEL-SILVER) RAME + ZINCO+NICHEL

16 16 Attualmente dopo il ferro è il minerale più diffuso, con ancora tanti giacimenti * attivi. Si estrae dal minerale BAUXITE (da 5kg ottengo 1kg di Al). Proprietà principali: - fonde a temperatura 660 C; - ha colore argenteo; - ha una notevole resistenza meccanica ma è leggero (basso peso specifico) - è resistente alla corrosione - è capace di non alterare i cibi, igienicamente sicuro, protegge da luce, aria,odori (stagnola); atossico - è duttile (fili), malleabile (lamine); - ottimo conduttore termico ed elettrico; - non è attratto dalle calamite; a-magnetico - è riciclabile al 100% e molte volte. I giacimenti *(purtroppo sono causa di sfruttamento del lavoro minorile, le condizioni di lavoro non sono salubri e molti adolescenti perdono la vita, per questo bisogna incentivare il RICICLO (Consorzio CIAL ), si risparmia il 95% dell energia richiesta per produrlo partendo dalla Bauxite. L alluminio riciclato si dice SECONDARIO, usato per produrre molti prodotti di uso comune per esempio le caffettiere.

17 17 aumentano la sua resistenza meccanica ma resta leggero, sono infatti dette LEGHE LEGGERE DURALLUMINIO 95% Alluminio + 4% Rame + 0,5%Silicio+0,5% Magnesio ANTICORODAL 98%Alluminio+1%Silicio+0,5%Magnesio+0,5%Manganese Molto resistente alla corrosione e alta conducibilità elettrica LEGHE ULTRALEGGERE ELEKTRON 85% Magnesio + 0,5% Zinco + 4%Alluminio+0,5% Manganese COMPITO: Rispondi alle domande di pag.42 Curiosità: Linguetta lattine a strappo nel 1962 USA, linguetta lattine fissa nel 1978 USA da noi nel 1990.

18 18 PIOMBO MERCURIO ARSENICO CROMO Sono Tossici ed entrano nella catena alimentare accumulandosi (dal plancton ai pesci e poi a noi; non vengono metabolizzati, digeriti), si accumulano lentamente e progressivamente negli organi e nei tessuti (ossa, fegato, rene, sistema nervoso centrale, tessuto adiposo) dove svolgono la loro azione dannosa causando cancro, immunodeficienze, autismo, Alzheimer. NITINOL Nichel + Titanio Lega a memoria di forma, ossia memorizzano la forma ricevuta. E un materiale dotato di buona biocompatibilità (stent vascolari). GEOGRAFIA: STORIA: SCIENZE: Ricerca i principali giacimenti di minerali e multinazionali. Età del rame e del ferro Rivoluzione industriale del XVIII secolo Simbolo chimico dell elemento minerale - Orogenesi