Argomento interdisciplinare Tecnologia - Scienze - Geografia -Storia

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I MINERALI si estraggono dalle ROCCE.Dalla lavorazione dei Minerali, estratti dalle rocce, si ottengono i METALLI

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.

rocceminerali

I MINERALI SI POSSONO CLASSIFICARE IN:

MineraliMETALLIFERI

Mineralida COSTRUZIONE

Minerali per la PRODUZIONE di ENERGIA

Minerali FERROSI Argilla e sabbia Carbone (roccia sedimentaria)

Minerali NON FERROSI Marmi e graniti Petrolio (giacimento)

FERROSIMetalli che contengono Ferro come :

NON FERROSI Metalli che non contengono Ferro

GHISA (ferro + carbonio dal 2 al 4%)

ACCIAIO (ferro + carbonio <2%)

RAME Cu

OTTONE Cu + ZnBRONZO Cu + Sn

il FERRO si estrae dalle seguenti ROCCE FERROSE: ALLUMINIO Al

MERCURIO HgMAGNETITE (ossido) Fe3O4

EMATITE (ossido) Fe2O3LIMONITE (ossido) Fe2O3

PIRITE (solfuro) FeS2SIDERITE (ossido) Fe2O3

METEORITE

72% FERRO69% FERRO59% FERRO46% FERRO42% FERRO

100% FERRO

ORO Au - ARGENTO Ag *

CROMO Cr

PIOMBO Pb

Dalla Lavorazione dei Minerali metalliferi si ottengono i METALLI. I metalli sono solidi atemperatura ordinaria tranne il Mercurio (Hg) che è liquido. Sono circa 80 e di questi noine studieremo soltanto alcuni classificandoli in due grandi categorie:

* 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 partendodalla 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.

CHIMICO-FISICHE MECCANICHE TECNOLOGICHE

Alto Peso Specifico DUREZZA (non si scalfisce facilmente) DUTTILITÀ (fili)

Alta Temperatura di Fusione(non combustibile)

RESILIENZA o TENACITÀResistenza urti

MALLEABILITÀ (fogli)

Buona Conducibilità Termica RESISTENZA ALLA COMPRESSIONE FUSIBILITÀ

Ottima Conducibilità Elettrica RESISTENZA ALLA TRAZIONE SALDABILITÀ

Resistenza alla CorrosioneDilatazione Termica RESISTENZA ALLA FLESSIONE,

TORSIONE, TAGLIOTEMPRABILITÀ(aumenta la sua durezza se portato ad alte temperature e raffreddato velocemente)

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:

Nota: nel libro il termine MASSA VOLUMICA = PESO SPECIFICO Kg/dm3

Il FERRO allo stato puro (simbolo chimico Fe), presentamolte proprietà scadenti, queste si annullano se lomescoliamo al CARBONIO a formare una LEGA(termine che definisce l’unione tra 2 metalli).A seconda della % di Carbonio si distinguono dueLEGHE:• GHISA (Fe + C) dove C > 2 % max 5%• ACCIAIO (Fe + C) dove C < 1,9%Quello che noi chiamiamo comunemente ferro, come le gambe deivostri 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 procederecome 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)

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)

Settore della metallurgia che porta alla produzione della GHISA e dell’ACCIAIO.

In Italia abbiamo 2 stabilimenti siderurgici: • PIOMBINO • TARANTO (ILVA)

STABILIMENTO ILVA TARANTO

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 COMBUSTIONE2. TINO CILINDRICO dove avviene l’essicazione del

materiale e si raggiungono le T di 300°C. (- H2O).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 ciclocontinuo, giorno e notte, poi vienedemolito e produce fino a 10.000tonnellate di ghisa al giorno.

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:

FERRO + CARBONIO (da 2 a 4%)La Ghisa Grezza in uscita dall’Altoforno si suddivide in:

GHISA BIANCAd’affinazione

GHISA GRIGIA da fonderia

Si ottiene rifondendo la ghisa grezzainsieme a rottami di acciaio e di ghisa più altri elementi

Struttura fine colore chiaro Colore scuro

•Scarsa tenacità •Durezza elevata ma Fragile•Resiste poco alla trazione e flessione•Buona resistenza alla compressione•Buona resistenza alla corrosione

Fonde (1200°C) senza prima rammollirsi quindi

non è lavorabile

•Ottima FusibilitàFondendo (1200°C) si rammollisce

e può essere lavorabile

USATA PER PRODURRE ACCIAIO

USATA PER TUBAZIONI E TERMOSIFONI E STUFE

L’ACCIAIO si ottiene dalla DECARBURAZIONE della GHISA BIANCAin 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 fraCarbonio e Ossigeno; si immette una corrente d’aria calda o ossigeno puro, che legandosial Carbonio diventa anidride carbonica (CO2), gas che fuoriesce dal convertitore, nel qualeresterà l’acciaio.

da 0,15% a 1,9% di carbonioIn 15 Minuti la ghisa si trasforma in Acciaio

Fe-C + O2 Fe + CO2

Si classifica in base al contenuto in C e agli elementi aggiunti in:PROPRIETÀ

ACCIAIO ORDINARIO(solo Acciaio con % variabili di C)

PROPRIETÀACCIAIO SPECIALE (acciaio legato ad altri elementi)

Ha le stesse proprietà elencate nell’acciaio ordinario, con l’aggiunta di proprietà particolari

Grande durezza e resistenza espressa come carico di rotturada 40 a 200 kg/mm2.Difficilmente fusibile, saldabile, malleabile, duttile, elastico ma resiste poco alla corrosione.Punto di fusione 1300°-1500°Cextra 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.

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.

FERRO + CARBONIO (da 0,15 a 1,9%)

Sottile lamina di acciaio ricoperta su entrambi i lati distagno fuso.Lo stagno impedisce la corrosione e l’ossidazione cheavviene a contatto con il cibo, mentre l’acciaio ne garantiscela robustezza.Nel 1830 compaiono le prime “scatolette” che mantengonoinalterato il cibo (non entra luce e aria).Il primo ad averle importate in Italia fu Francesco Ciriocapostipite 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 LINGOTTI2.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 quantototalmente RICICLABILE (Consorzio Nazionale Acciaio CNA), il 40% della produzionemondiale è costituita da materiali di riciclo, con risparmio di materia prima edenergia. Lo sai che riciclando: CNA - Il Consorzio Nazionale per il Riciclo

e il Recupero degli Imballaggi in Acciaio1000/1500 barattoli circa puoi

ottenere un tombino

100/200tappi corona circa puoi ottenere una chiave

inglese

100/200

fusti circa puoi ottenere una

rastrelliera per biciclette

1000/1200 bombolette circa puoi ottenere una panchina

1500/2000

scatolette di tonno circa puoi ottenere il

telaio di unabicicletta

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 lavorominorile, le condizioni di lavoro non sono salubri e molti adolescentiperdono la vita, per questo bisogna incentivare il RICICLO (ConsorzioCIAL), si risparmia il 95% dell’energia richiesta per produrlopartendo dalla Bauxite. L’alluminio riciclato si dice SECONDARIO,usato per produrre molti prodotti di uso comune per esempio lecaffettiere.

Circa il 90% dell’alluminio prodotto nel nostro Paese proviene dal riciclo enon differisce per nulla da quello ottenuto dal minerale originale poiché lecaratteristiche fondamentali del metallo rimangono invariate. La raccoltadifferenziata, il riciclo e recupero dell’alluminio apportano numerosi beneficialla 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.

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95,0% Alluminio +4,0% Rame +0,5% Silicio +0,5% Magnesio

Aumentano la sua resistenza meccanica ma resta leggero, sono infatti dette LEGHE LEGGERE (Cu, Mg, Si, Mn)

LEGHE ULTRALEGGERE

Trovano impiego nell’industria Aeronautica e Automobilistica

Curiosità: Linguetta lattine a strappo nel 1962 USA, linguetta lattine fissa nel 1978 USA da noi nel 1990.

98,0% Alluminio +1,0% Silicio +0,5% Magnesio0,5% Manganese

Molto resistente alla corrosione e alta conducibilità elettrica

85,0% Magnesio +0,5% Zinco +4,0% Alluminio + 0,5% Manganese

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.

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

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.

OTTONERAME + ZINCO

Colore giallo, inattaccabile dagli agenti chimici

BRONZORAME + STAGNO

Colore bruno

CUPROALLUMINIORAME + ALLUMINIO

CUPRONICHELRAME + NICHEL

ALPACCA (NICHEL-SILVER)

RAME + ZINCO + NICHEL

PIOMBO – MERCURIO – ARSENICO – CROMOSono 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.

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€/grcontro lo 0,40€/gr dell’argento e varia a seconda del mercato.Non si ossida, malleabile, duttile, ottimo conduttore elettrico ma scarsa Durezza eResistenza Meccanica. Per aumentare Durezza e Resistenza si creano leghe di Oro e Argentoo 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).

Quotazione Oro

GEOGRAFIA: Ricerca i principali giacimenti di minerali e multinazionali. STORIA: Età del rame e del ferro – Rivoluzione industriale del XVIII secoloSCIENZE: Simbolo chimico dell’elemento minerale - Orogenesi

NITINOL Nichel + TitanioLega a memoria di forma, ossia “memorizzano” la forma ricevuta.È un materiale dotato di buona biocompatibilità (stent vascolari).

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