Pag. 15-16 (17-18 - 19) Pag. da 38 a 51 Argomento interdisciplinare Tecnologia - Scienze - Geografia -Storia
I MINERALI si estraggono dalle ROCCE. Dalla lavorazione dei Minerali, estratti dalle rocce, si ottengono i METALLI minerali rocce La classificazione e l origine delle rocce sarà argomento di SCIENZE; voglio però ricordare che abbiamo rocce costituite da un solo minerale (roccia calcarea costituito da sola calcite, rocce di oro e rocce d argento) e rocce che contengono % variabili di diversi minerali. Minerali METALLIFERI I MINERALI SI POSSONO CLASSIFICARE IN: Minerali da COSTRUZIONE Minerali per la PRODUZIONE di ENERGIA Minerali FERROSI Argilla e sabbia Carbone (roccia sedimentaria) Minerali NON FERROSI Marmi e graniti Petrolio (giacimento)
Dalla Lavorazione dei Minerali metalliferi si ottengono i METALLI. 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 2 al 4%) FERROSI Metalli che contengono Ferro come : ACCIAIO (ferro + carbonio <2%) NON FERROSI Metalli che non contengono Ferro RAME Cu OTTONE Cu + Zn BRONZO Cu + Sn il FERRO si estrae dalle seguenti ROCCE FERROSE: MAGNETITE (ossido) Fe 3 O 4 EMATITE (ossido) Fe 2 O 3 LIMONITE (ossido) Fe 2 O 3 PIRITE (solfuro) FeS 2 SIDERITE (ossido) Fe 2 O 3 METEORITE 72% FERRO 69% FERRO 59% FERRO 46% FERRO 42% FERRO 100% FERRO ALLUMINIO Al MERCURIO Hg ORO Au - ARGENTO Ag * CROMO Cr PIOMBO Pb * puri SCHEDA MINERALE: (Ricerca testo: inserisci il nome del minerale)
Le riserve di minerali sono in esaurimento e lo sfruttamento intensivo conduce spesso a: danni all ambiente con devastazioni del paesaggio, erosione del suolo durante l estrazione. inquinamento causato dai rifiuti che si producono durante la lavorazione. lavoro minorile nei paesi meno sviluppati (es.: Africa). I maggiori produttori di minerali sono: CINA - RUSSIA - AMERICA (Ricerca di Geografia). 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). 3. Imporre un pagamento di un deposito per far si che il consumatore restituisca il prodotto anziché buttarlo. 4. Costruire prodotti con materiali più resistenti e riparabili.
I METALLI sono materiali di origine NATURALE, NON BIOLOGICA (non nasce, non si nutre, non cresce, non si riproduce e non muore). Le Proprietà dei metalli: CHIMICO-FISICHE MECCANICHE TECNOLOGICHE Alto Peso Specifico DUREZZA (non si scalfisce facilmente) DUTTILITÀ (fili) Alta Temperatura di Fusione (non combustibile) Buona Conducibilità Termica RESILIENZA o TENACITÀ Resistenza urti RESISTENZA ALLA COMPRESSIONE MALLEABILITÀ (fogli) FUSIBILITÀ Ottima Conducibilità Elettrica RESISTENZA ALLA TRAZIONE SALDABILITÀ Resistenza alla Corrosione Dilatazione Termica RESISTENZA ALLA FLESSIONE, TORSIONE, TAGLIO TEMPRABILITÀ (aumenta la sua durezza se portato ad alte temperature e raffreddato velocemente) Nota: nel libro il termine MASSA VOLUMICA = PESO SPECIFICO Kg/dm 3
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 limitare il contatto con l ossigeno si vernicia). 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 estraggono i metalli dalle rocce. 3. Stabilimento SIDERURGICO, dove si ottiene la GHISA e l ACCIAIO (metallurgia del ferro)
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) In Italia abbiamo 2 stabilimenti siderurgici: PIOMBINO TARANTO (ILVA) STABILIMENTO ILVA TARANTO
È una torre alta (da qui il nome) fino a 100 metri e un diametro superiore ai 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 (CaCO3 1kg). ROCCE FERROSE (ossidi Fe2-O3) ( 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 GREZZA (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, giorno e notte, poi viene demolito e produce fino a 10.000 tonnellate di ghisa al giorno.
FERRO + CARBONIO (da 2 a 4%) La Ghisa Grezza in uscita dall Altoforno si suddivide in: GHISA BIANCA d affinazione Struttura fine colore chiaro Scarsa tenacità Fonde (1200 C) senza prima rammollirsi quindi non è lavorabile USATA PER PRODURRE ACCIAIO GHISA GRIGIA da fonderia Si ottiene rifondendo la ghisa grezza insieme a rottami di acciaio e di ghisa più altri elementi Colore scuro Durezza elevata ma Fragile Resiste poco alla trazione e flessione Buona resistenza alla compressione Buona resistenza alla corrosione Ottima Fusibilità Fondendo (1200 C) si rammollisce e può essere lavorabile USATA PER TUBAZIONI E TERMOSIFONI E STUFE
da 0,15% a 1,9% di carbonio In 15 Minuti la ghisa si trasforma in Acciaio L ACCIAIO si ottiene dalla DECARBURAZIONE della GHISA BIANCA in un processo detto AFFINAZIONE Questa affinazione avviene in ACCIAIERIA per mezzo di CONVERTITORI (Convertitore LD - Forno elettrico), il cui principio di funzionamento si basa su una rapida reazione fra Carbonio e Ossigeno; si immette una corrente d aria calda o ossigeno puro, che legandosi al Carbonio diventa anidride carbonica (CO 2 ), gas che fuoriesce dal convertitore, nel quale resterà l acciaio. Fe-C + O 2 Fe + CO 2
Si classifica in base al contenuto in C e agli elementi aggiunti in: 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. Difficilmente fusibile, saldabile, malleabile, duttile, elastico ma resiste poco alla corrosione. Punto di fusione 1300-1500 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.
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.
L acciaio fuso, LIQUIDO, in uscita dal CONVERTITORE, viene COLATO (T.1600 C) in un recipiente (SIVIERA) e segue poi due vie: 1.Colato in recipienti a formare LINGOTTI 2.Colato in modo continuo a formare tubi a sezione quadrata o rettangolare. In entrambe i casi sono inviati al LAMINATOIO (LAMINAZIONE PRIMARIA) per essere trasformato in SEMILAVORATI; Il lingotto o la colata passa tra due rulli che ruotano in senso contrario tra loro. Successivamente a seconda delle esigenze subiscono una LAMINAZIONE SECONDARIA per dare origine a : LAMINE BARRE e PROFILATI (trafilatura e laminazione) TUBI (trafilatura) FILI (estrusione) PEZZI a STAMPO (fucinatura stampo con martello) Se in uno stabilimento siderurgico partendo dai minerali di ferro si arriva ai prodotti finiti si dice A CICLO INTEGRALE.
L acciaio è un MATERIALE ROBUSTO, IGIENICO ma soprattutto 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. Lo sai che riciclando: 1000/1500 100/200 100/200 barattoli circa puoi ottenere un tombino tappi corona circa puoi ottenere una chiave inglese fusti circa puoi ottenere una rastrelliera per biciclette CNA - Il Consorzio Nazionale per il Riciclo e il Recupero degli Imballaggi in Acciaio 1000/1200 1500/2000 bombolette circa puoi ottenere una panchina scatolette di tonno circa puoi ottenere il telaio di una bicicletta Video Tutorial
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 con un procedimento Elettrolitico). Proprietà principali: - leggero (Peso specifico inferiore a 4 Kg/dm3) - 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 all infinito. * I giacimenti purtroppo sono causa di sfruttamento del lavoro minorile
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. Circa il 90% dell alluminio prodotto nel nostro Paese proviene dal riciclo e non differisce per nulla da quello ottenuto dal minerale originale poiché le caratteristiche fondamentali del metallo rimangono invariate. La raccolta differenziata, il riciclo e recupero dell alluminio apportano numerosi benefici alla collettività in termini di: - Economia, il riciclo dell alluminio è un attività particolarmente importante per l economia del nostro Paese, storicamente carente di materie prime. - Energia, il riciclo dell alluminio permette di risparmiare il 95% dell energia necessaria a produrlo dalla materia prima. - Materia, il riciclo degli imballaggi in alluminio permette di recuperare materia prima preziosa, utilizzabile per la realizzazione di nuovi prodotti. - Ambiente, il riciclo dell alluminio permette di salvaguardare l ambiente e le sue importanti risorse naturali. MIGLIORA IL WIFI CON UNA LATTINA
Aumentano la sua resistenza meccanica ma resta leggero, sono infatti dette LEGHE LEGGERE (Cu, Mg, Si, Mn) 95,0% Alluminio + 4,0% Rame + 0,5% Silicio + 0,5% Magnesio 98,0% Alluminio + 1,0% Silicio + 0,5% Magnesio 0,5% Manganese Molto resistente alla corrosione e alta conducibilità elettrica LEGHE ULTRALEGGERE 85,0% Magnesio + 0,5% Zinco + 4,0% Alluminio + 0,5% Manganese Curiosità: Linguetta lattine a strappo nel 1962 USA, linguetta lattine fissa nel 1978 USA da noi nel 1990. Trovano impiego nell industria Aeronautica e Automobilistica
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). - Purtroppo è difficilmente Fusibile ma si può recuperare da vecchie linee elettriche o elettrodomestici dismessi e rifondendolo si ottiene rame secondario. 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.
OTTONE RAME + ZINCO Colore giallo, inattaccabile dagli agenti chimici BRONZO RAME + STAGNO Colore bruno CUPROALLUMINIO RAME + ALLUMINIO CUPRONICHEL RAME + NICHEL ALPACCA (NICHEL-SILVER) RAME + ZINCO + NICHEL
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.
Quotazione Oro Si trova libero (simbolo chimico Au) in pepite o dentro a rocce Quarzifere. La sua rarità giustifica in parte l alto costo al grammo che è quotato (oggi) intorno ai 30 /gr contro lo 0,40 /gr dell argento e varia a seconda del mercato. Non si ossida, malleabile, duttile, ottimo conduttore elettrico ma scarsa Durezza e Resistenza Meccanica. Per aumentare Durezza e Resistenza si creano leghe di Oro e Argento o Oro e RAME. La percentuale di oro nella lega si esprime in carati: 24 carati (oro puro), 18 carati (750 di oro su 1000), 12 carati (500 di oro su 1000). NITINOL Nichel + Titanio Lega a memoria di forma, ossia memorizzano la forma ricevuta. È 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
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