PROCESSI SEDIMENTARI

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1 PROCESSI SEDIMENTARI AGENTI ESOGENI DELLA DEGRADAZIONE METEORICA -OSSIGENO -ACIDO CARBONICO -ACQUA METEORICA (FLUVIALE, LACUSTRA, MARINA E DELLE FALDE SOTTERRANEE) -VARIAZIONI DI TEMPERATURA -CLIMA -VENTO -PRECIPITAZIONI ATMOSFERICHE -GELO -GHIACCIO -ORGANISMI VIVENTI

2 TALI AGENTI OPERANO UN PROCESSO DI DISGREGAZIONE DELLE ROCCE CHE PUO ESPLICARSI IN MANIERA FISICA O CHIMICA -H 2 O agente meccanico -H 2 O agente chimico (azione solvente, idratante, decomponente) Azione solvente: regolata dalla solubilità della sostanza (minerale), a sua volta funzione della temperatura e pressione. Dipende anche dalla granulometria del deposito, dalla morfometria dei singoli grani, dalla quantità di acqua a disposizione e dai tempi di interazione sostanza/acqua. N.B.: le acque meteoriche e soprattutto quelle di dilavamento non sono mai chimicamente pure, quindi il loro potere solvente viene spesso modificato in base alla loro composizione (ph).

3 Azione idratante: trasformazione di minerali anidri in idrati, con conseguente ricristallizzazione ed aumento di volume. Es.: anidrite-gesso CaSO 4 + H 2 O = CaSO 4. H 2 O Apporto di acqua e apporto/asporto di materia Leucite-analcime KAlSi 2 O 6 = NaAlSi 2 O. 6 H 2 O Feldspati- minerali argillosi. Azione decomponente: passaggio in soluzione di sostanze Es.: sodio,,p potassio, calcio, magnesio vengono asportati sotto forma di carbonati o bicarbonati solubili; ferro e manganese spesso come idrati.

4 le acque meteoriche e soprattutto quelle di dilavamento non sono mai chimicamente pure, ma contengono disciolte sostanze attive da un punto divista chimico, come ossigeno ed anidride carbonica. I tre costituenti principali dell atmosfera, ovvero N 2, O 2 e CO 2, si sciolgono nell acqua, alle medesime condizioni di P e T, in modo nettamente differenziato.

5 Come si nota la solubilità dell ossigeno nell acqua è circa il doppio di quella dell azoto. Questo ossigeno disciolto può agire ossidando i minerali. Ferro 2 in ferro 3; Manganese 2 e 3 in 4. N.B.: i processi di ossidazione, tuttavia, si verificano entro una piccola profondità dalla superficie terrestre; questo perché l acqua, avendo partecipato a processi superficiali ossidativi, diviene priva di ossigeno disciolto. i La quantità di CO 2 disciolta delle acque piovane è circa 100 volte maggiore di quella contenuta nell atmosfera. L azione svolta dalla CO 2, a differenza di quella svolta dall O 2, continua anche a profondità maggiori, anche alimentata dai processi di putrefazione delle sostanze organiche. La CO 2 si combina con l H 2 O a formare l acido carbonico H 2 CO 3 che conferisce all acqua una certa acidità (ph 5,9 in media). L acido carbonico agisce su molti carbonati insolubili in acqua pura, come calcite, aragonite, siderite, dolomite e magnesite, trasformandoli in bicarbonati solubili.

6 DISGREGAZIONE CHIMICA DELLE ROCCE SILICATICHE Nelle rocce silicatiche l unica specie chimica pressoché inattaccabile è il Quarzo; può passare in soluzione in quantità esiguissime 10 ppm a 25 C. Anche la Muscovite è molto resistente. Tutti gli altri termini silicatici, sia sialici che femici vengono soggetti a variabile attacco chimico. In generale, si possono semplificare due tipi di processi: (1) Processi di laterizzazione, con formazione di minerali idrati ed ossi-idrati, tipici delle regioni a clima caldo-umido. (2) Processi di trasformazione con formazione di minerali fillosilicatici (argille, serpentini, cloriti, etc..), tipici di ambienti di clima freddo e temperato. I termini ferromagnesiaci, come biotiti, pirosseni monoclini ed anfiboli, vengono di norma trasformati in Cloriti; olivine e pirosseni rombici, in serpentino. I termini allumo silicatici danno luogo alla formazione di argille. Es: Formazione di min. argillosi da feldspati: 4KAlSi 3 O H 2 O + 2CO 2 = (OH) 8 Al 4 Si 4 O Si(OH) 4 + 2KCO 3, con formazione di Kaolinite e successiva lisciviazione della silice idrata e della potassa; 6KAlSi O 28H O K Al (OH) Al Si O 12Si(OH) 4K(OH) f i 6KAlSi 3 O H 2 O = K 2 Al 4 (OH) 4 Al 2 Si 6 O Si(OH) 4 + 4K(OH), con formazione di illite.

7 Es: formazione della successione mineralogica Halloysite-Kaolinite: Attacco dell anortite Ca Al 2 Si 2 O 8 La prima cosa che parte è il catione Ca, che assieme alla CO 2 2, disciolta nell acqua, dà vita al bicarbonato che passa in soluzione. Quel che resta del minerale è allo stadio amorfo di gel, completamente imbevuto di acqua. La successiva cristallizzazione darà luogo alla formazione di Halloysite; con il passare del tempo si avrà la formazione di Kaolinite. N b H idi f i l f i di k li it d h ll it N.b.: ph acidi favoriscono la formazione di kaolinite ed halloysite, mentre ph più basici, la formazine di argille montmorillonitiche.

8 DISGREGAZIONE CHIMICA DELLE ROCCE CARBONATICHE (CARSISMO) Avviene preminentemente su rocce calcaree e marmi, con la seguente reazione: CaCO 3 +H 2 O+ CO 2 = Ca(HCO 3 ) 2 -Un aumento anche modesto della temperatura favorisce un aumento di volume, quindi sposta la reazione vs sinistra, anche perché comporta una minore solubilità della CO 2 nell acqua e predispone all evaporazione dell acqua stessa. -un aumento della pressione, invece, ha un effetto contrario: sposta l equilibrio vs destra, favorendo il passaggio in soluzione del carbonato di calcio in forma di bicarbonato. -Per ph maggiore uguale a 7 il bicarbonato precipita. Ad esempio nell ambiente marino il ph è pari ad 8; nel continentale, invece, il ph è sempre inferiore a 7.

9 PROCESSO DI BAUXITIZZAZIONE Il processo di bauxitizzazione rappresenta lo stadio estremo, finale, dei processi di laterizzazione, ed è estremamente interessante dal punto di vista economico (GEORISORSA). Cioè gli attacchi chimici che hanno operato sulle rocce hanno portato in soluzione i cationi e lasciato in posto i minerali di alluminio, ferro e titanio (rutilo ed anatasio). I principali minerali delle bauxiti sono: Ematite Fe 2 O 3 Ghoetite FeO(OH) Idrossido di ferro Fe(OH) 3 Idroargillite e gibbsite Al(OH) 3 Diaspro AlO(OH)alfa Boehmite AlO(OH) gamma Quindi bisogna avere una roccia di partenza che contenga Al ed Fe. Al= feldspati, muscovite, illite, clorite, montmorillonite Fe= biotite, anfiboli, pirosseni, magnetite

10 Si può dire che la genesi dei giacimenti bauxitici dipenda principalmente dall azione azione dell acqua meteorica piovana. Al momento della deposizione il ph dell acqua è in torno a 5,5-6; tale valore tende ad aumentare per il passaggio in soluzione dei cationi alcalini (Na e K) fino alla neutralizzazione (7). Per valori del ph compresi in questo intervallo (5,5-7) si vede che il titanio precipita (anatasio). Anche il ferro trivalente precipita già sopra valori del ph pari a 4 (Ematite, ghoetite ed Idrossido di ferro). Vediamo invece cosa accade alla silice ed all allumina. Quando, ad esempio, viene attaccato un feldspato alcalino, gli alcali passano subito in soluzione, mentre Al 2 O 3 e SiO 2 restano per lungo tempo sul posto. Quindi il ph aumenta e per valori pari a 7, la silice passa in soluzione, mentre l allumina precipita. Nei giacimenti bauxixtici, il ph non supera mai 7,5 perché altrimenti l allumina tornerebbe in soluzione ed il giacimento andrebbe incontro a disfacimento (giacimento che va a mare). D altro canto il ph non scende mai sotto a 7, perchè in questo caso la silice precipiterebbe e avremmo la formazione della caolinite.

11 Vediamo ora quali devono essere le caratteristiche di un giacimento bauxitico. Il passaggio in soluzione della SiO 2 implica la necessità di un buon drenaggio, altrimenti si formerebbe caolinite. Questo drenaggio/circolazione deve essere sempre attivo in modo da consentire l eliminazione delle sostanze passate in soluzione (alcali e silice). La condizione ideale è, ad esempio, quella di una dolina carsica, caratterizzata dalla presenza di un inghiottitoio. Altro fattore fondamentale è il clima: alternativamente piovoso ed asciutto (clima tropicale con piogge discontinue), affinché si realizzi la precipitazione p degli elementi passati in soluzione. Es: si passa da idrossido di Fe, a ghoetite e poi ematite, a seconda dell insolazione. Le bauxiti dell europa centro meridionale si sono formate durante il Trias superiore, in periodi di clima tropicale.

12 Diffusione dei giacimenti bauxitici: In Italia: Murge (Puglia) Matese (Basilicata) Marsica (Abruzzo) Nel mondo: Nel mondo: Ungheria Ex jugoslavia Russia India Usa Australia Giamaica.

13 BAUXITI COME GEORISORSE PER L ESTRAZIONE DI ALLUMINIO PROCESSO BAYER La bauxite viene ridotta in polvere (farina di bauxite) e poi sottoposta ad attacco con soda caustica concentratissima a pressioni e temperature elevate. La polvere si scioglie nella soda caustica e viene successivamente introdotta in una fornace a 1200 C, temperatura alla quale si trasforma in allumina (Al 2O 3 3) ). PROCESSO HALL-HEROULT L allumina viene scomposta all interno di una cella elettrolitica in ossigeno ed alluminio. -Per la produzione di 1 tonn di allumina sono necessari kwh di energia e circa tonn di bauxite. -Per la produzione di 1 tonn di alluminio sono necessari kwh e circa 2 tonn di allumina.