METALLURGIA DEL RAME

Dal minerale al prodotto finito

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.

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:

Europa: Germania, Finlandia, Russia; Ems nell'Assia-Nassau; in Cornovaglia (Regno Unito); presso Puget-Théniers (Francia); Italia: Val di Cecina (provincia di Pisa); Impruneta (provincia di Firenze); Valmalenco (Provincia di Sondrio); e Saint-Marcel (miniera ora inattiva) (Valle d'Aosta); America: Bolivia; Cile; Stati Uniti: Lago Superiore qui sono venuti alla luce anche campioni di diverse tonnellate; Arizona; New Jersey e Nuovo Messico.

Fasi di produzione

Minerali di rame: cuprite, Cu2O

Minerali ossidati e solforati

Anche l'utilizzo degli ossidi è oggi molto limitato a causa della bassa quantità di minerale reperibile. Comunque per gli ossidi è possibile seguire un procedimento di produzione analogo a quello del ferro. Sono invece i minerali solforati che 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 SO

2 gassosa che si separa dal metallo liquido.

2CuFeS2 (s) + 3O

2 (g) → 2FeO(s) + 2CuS(s) + 2SO

2 (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.SiO

2 (l)

2FeS(l) + 3O2 + SiO

2 (l) → 2FeO.SiO

2 (l) + 2SO

2 (g)

Minerali di rame: calcopirite, CuFeS2

Raffinazione termica

La raffinazione termica prosegue nel forno, detto di ”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 + 3O

2 → 2Cu

2O + 2SO

2

Cu2S + 2 Cu

2O → 6Cu + SO

2

Il solfuro di ferro viene scorificato:

2FeS + 3O2 → 2FeO + 2SO

2

2FeO + 2SiO2 → 2FeSiO

3

Minerali di rame: covellite, CuS

Raffinazione elettrolitica

Per ottenere la massima purezza del rame, è necessario svolgere una raffinazione elettrolitica. In una soluzione di H

2SO

4 e CuSO

4 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) restano in soluzione, quelle costituite da metalli più nobili (tra cui oro, argento e platino) 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%, 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).

Minerali di rame: tetraedrite, Cu3SbS3 + x(Fe,Zn)6Sb2S9

Riciclo del rame

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 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).

Minerali di rame: azzurrite, 2CuCO3•Cu(OH)2

FINE