Il rame.

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ITIS : E. BARSANTI
LABORATORIO DI : TECNOLOGIA E DISEGNO
TITOLO : RICERCA SUI MATERIALI - RAME
STUDENTI : BACCHIN WILLIAM
PELLANDA FILIPPO
CLASSE : 1^ I
DATA : 27/03/97
IL RAME
1- ESTRAZIONE DEL PRODOTTO DI BASE

Il rame allo stato nativo viene estratto da molti giacimenti oppure da minerali quali :la calcopirite, la cuprite, la malachite, l’azzurrite e la calcocite.

2- TRATTAMENTI E OPERAZIONI PRELIMINARI
A seconda del minerale, l’estrazione del rame viene eseguita per via termica se si tratta di calcocite e calcopirite, a secco se si tratta di azzurrite e malachite e per via umida se si tratta di cuprite ;comunque, qualsiasi sia il minerale, questo viene frantumato, concentrato mediante liscivazione con acqua.
LISCIVAZIONE : processo di purificazione in cui si usano dei composti per trattare delle sostanze che possono trasformarsi in altre solubili.
FLOTTAZIONE :Separazione della ganga dai minerali utili mediante sospensioni in acqua, in olio e agitata con correnti d’aria.


PRODUZIONE DEL SOLFATO DI RAME NELLA TORRE DI OKER
vapore H2SO3 caldo granulato di Cu

tubi di distribuzione
irrigazione
rivestimento di
calcestruzzo
granulato di rame rivestimento di
colato dall’alto piombo
griglia del crivello

aria compressa +
vapore
vasca di sedimentazione scarico della
soluzione di CuSO4
fango

giappone
cina
cile
USA perщ USA URSS
altri canada
canada RFT altri
GB
zambia URSS
zaire F I

RISERVE DI RAME CONSUMI DI RAME
STORIA DEL RAME
L’utilizzazione del rame per finalitа pratiche (utensili e armi) ebbe inizio nell’Asia Anteriore, forse tra il V e il IV millennio a.C. Dall’oriente antico queste prime esperienze mettallurgiche presto si irradiarono verso la civiltа del Caucaso e dell’Asia Centrale, che svolsero un importante ruolo di tramite tra le grandi civiltа dei metalli siberiana e cinese. Giа tra il 4500 e il 4200 a.C. la lavorazione del rame era praticata dall’Egitto che sfruttava i ricchi giacimenti del Sinai. Alla lavorazione del rame mediante martellatura si sostituм prima in Mesopotamia (IV millennio), poi in Egitto, la tecnica della fusione di percentuali di stagno con altre di rame (bronzo). I ricchi giacimenti di rame a Cipro diedero al Meditterraneo la supremazia nello sfruttamento e lavorazione di questo metallo, chiamato cyprium dai Romani che, come gli Etruschi, ma in modo piщ limitato dei Greci, lo utilizzarono per la produzione di strumenti con essi alle pratiche religiose, anche se giа nell’etа classica il bronzo finм col soppiantare l’uso del rame puro. Ampio e intenso fu lo sfruttamento delle proprietа del rame presso le orificerie medievali, che lo sostituirono spesso all’oro e all’argento sia per l’inalterabilitа del colore sia per la duttilitа della lavorazione, disponibile alle tecniche della martellatura, dell’incisione, della damaschinatura, ecc. ; dal secolo XII la lastra di rame costituм il supporto per eccelenza degli smalti mosani e limosini. Va anche ricordata la produzione di Venezia, dove giа dalla fine del 400 erano attive botteghe musulmane. Nel Rinascimento il Rame conobbe nuove fortune grazie alla messa a punto di nuove tecniche decorative che associavano il metallo puro ad altri in lega ; nel 600 l’orientamento del gusto verso il peltro limitт l’impiego del rame a oggetti di uso domestico. Nel 700 l’uso del rame tornт in auge in Inghilterra grazie all’elaborazione della tecnica dello Sheffield Plate, che conferiva al rame, per particolari procedimenti di fusione in associazione con l’argento, suggestivi effetti propri di quest’ultimo metallo. Nel secolo XIX l’introduzione di nuove soluzioni tecniche scaturite da i modi di lavorazione industriale ripropose la produzione di oggetti in rame di perfetta esecuzione, copie di raffinati esemplari di orificeria ;nella seconda metа dell’800, tuttavia, il rilancio del manufatto artigianale favorм anche la diffusione dell’oggetto decorativo o dell’utensile domestico tutto costruito in rame. Il rame и stato inoltre sfruttato fin dal secolo XIII nella statuaria.

BIBLIOGRAFIA
ENCICLOPEDIA ITALIANA
Istituto dell’Enciclopedia Italiana
Fondata da Giovanni Treccani
Edizione 1949
Istituto Poligrafico dello Stato - Roma
Volume V, VII, IX, XII, XXI
ENCICLOPEDIA DEL SAPERE
Autore Giovanni Fabbri
Edizione 1968
Fabbri Editore - Milano
Volume VII pag. 3983 - 3985
UNIVERSO,
LA GRANDE ENCICLOPEDIA PER TUTTI
Autori Achille & Adolfo Bofoli
Edizione 1962-1963-1964-1965-1966-1967-1968-1969-1970
Istituto Geografico DeAgostini - Novara
Volume V pag. 272 - 273
EST,
ENCICLOPEDIA DELLA SCIENZA E DELLA TECNICA
Autori Chersi,DeRosa,Lembi, Maldacea,Parisi,Pogliani,Rognoni,Testa
Edizione 1963-1970-1980
Arnoldo Mondadori Editore - Milano
Volume II pag. 521,III pag. 98,IV pag.530,VIII pag. 60-61,X pag. 526-535,VI pag. 244
ENCICLOPEDIA ITALIANA DELLE SCIENZE
MINERALI E ROCCE
Autori Achille Boroli
Edizione 1968
Arnoldo Mondadori Editore - Milano
Volume I e II pag. 77-80-87-90-118-147-155-156-246-319-320
GRANDE ENCICLOPEDIA DeAGOSTINI
Edizione 1992
Istituto Geografico DeAgostini - Novara
Volume XIII pag. 252-253-254
ATLANTE DI CHIMICA
CHIMICA GENERALE E INORGANICA
CHIMICA ORGANICA E MATERIE PLASTICHE
TAVOLE E TESTI
Autore Hans Breuer
Urlico Hoelpi - Milano

DIAGRAMMA DELL’ESTRAZIONE A SECCO DEL RAME PURO

MINERALI CONTENENTI OSSIDI DI RAME
AD ALTO TITOLO MACINAZIONE A BASSO TITOLO
FUSIONE RIDUCENTE ARRICCHIMENTO LISCIVAZIONE
SOLUZIONE RESIDUO
RAME SCORIE SALI DI RAME
NERO
SOLFORICA AMMONIACALE PRECIPITAZIONE
RAME RAFFINATO
PRECIPITAZIONE RECUPERO
DI NH3,CO2
PER ELETTROLISI PER CEMENTAZIONE
OSSIDO DI Cu
RECUPERO ACIDO CATODI DI Cu CEMENTO Cu
RIDUZIONE E
FUSIONE

RAME AFFINATO
DIAGRAMMA DELL’ESTRAZIONE TERMICA DEL RAME PURO
MINERALI CONTANENTI SOLFURI DI RAME

MACINAZIONE CONCENTRAZIONE PER FLOTTAZIONE

FUSIONE PIRITICA

WATER - JACKET FORNO A RIVERBERO SISTEMA CANADESE SISTEMA FINLANDESE

METALLINA CONVERTITORE RAME BLISTEN

AFFINAIONE TERMICA
AFFINATO TERMICAMENTE

ANOIDI SCORIE
FANGHI CONTENENTI CATODI
METALLI PREZIOSI
RIFUSIONE RAME ELETTROLITICO
FORNI COMMERCIALI
RAME ELETTROLITICO

Water - Jacket :Altoforno speciale con sezione rettangolare e doppie pareti raffreddate ad acqua, impiegati nella mettallurgia del rame, piombo e nickel.
Forno a riverbero :Tipi di forni a carico misto con la variante in cui il combustibile viene bruciato in focolari esterni e i gas caldi, prodotti dalla combustione, attraversano il materiale riscaldandolo. Il percorso dei gas caldi и prevalentemente orrizzontale :il combustibile puт essere bruciato in una camera a parte o entro la camera di trattamento, ma senza successivo mescolamento con il materiale ;le pareti e la volta del laboratorio irradiano il calore sulla superficie del materiale che ne и anche investito indirettamente.
Sistema Canadese :Il procedimento canadese utilizza come gas comburente l’ossigeno puro anzichй l’aria, cosм da risparmiare le calorie perdute nel riscaldamento della masse inerte di azoto :il minerale, nella dovuta composizione e finemente polverizzato, passa attraverso un bruciatore, ove s’incontra con l’ossigeno, provocando la formazione immediata della metallina.
Sistema Finlandese :Nel procedimento finlandese l’economia termica и realizzata recuperando il calore dei prodotti di combustione e riutilizzandolo per il preriscaldamento dell’aria insufflata.
Metallina :La metallina и una massa fusa e omogenea costituita da solfuro di ferro (FeS2), rimasto nel forno assieme al solfuro di rame (CuS2). Essa si raccoglie sul fondo del forno mentre si separa nello strato superiore una scoria silicica che gallaggia, la quale, contiene lo 0.2% di Cu.
Peso Specifico Metallina :5
Peso Specifico Scoria :3.5
Rame Blister o Rame Nero :Rame metallico grezzo a titolo intorno al 98%.
Deve subire dei trattamenti di purificazione sia per elevare il suo titolo sia per recuperare i preziosi in esso contenuti.
Fusione Piritica :Durante la fusione dei minerali avviene la fusione piritica chiamata cosм perchй coinvolge soltanto la pirite contenuta in essi, alla quale и affidato l’apporto totale del calore.


3- PRIME LAVORAZIONI E RAFFINAZIONI
I frantumi così ottenuti vengono fusi e trasformati in getti sottoforma di barre.
La raffinazione del rame può essere termica oppure elettrolitica. La prima si esegue in forni a riverbero statici o rotativi nei quali un ambiente ossidante, provocato da aria insufflata, ossida gradatamente tutti gli elementi meno nobili del rame che scorificano per mezzo di silice proveniente dalla pigiata delle pareti.
Completata la fase di ossidazione, si eliminano le scorie e l’ossido di rame per ottenere così quello puro.
La raffinazione elettrolitica si esegue immergendo gli anodi di rame in una soluzione contenente solfato di rame, si verifica così il passaggio dall’anodo nella soluzione come Cu++ e il suo successivo deposito sul catodo costituito originariamente da un lamierino di rame puro elettrolitico.


4- PRODUZIONI SEMILAVORATIVE
A seguito della lavorazione si ottiene il rame puro al 99%-99.99% dal quale si possono ricavare le varie leghe : l’ottone, il bronzo, l’alpacca, il cupronickel.
5- LAVORAZIONI FINALI, PRODOTTI FINALI
Dal rame puro si possono ottenere come detto nel punto 4, delle leghe : il bronzo (90% rame ;10% stagno,con tracce di zinco, piombo e ferro) ; l’ottone (55% rame ;45% zinco) ;l’alpacca (rame, zinco, nichel) ;il cupronickel (rame, zinco con leggere tracce di ferro e manganese).
Il tombacco (fino a 20% di zinco) ;l’ottone giallo (20-40% di zinco) ; l’ottone bianco (80% di zinco) ;il bronzo fosforoso (7% si Stagno,0.5% di Fosfoso) ;il metallo Monel (65-70% di Nichel) ;la costantana (20% di nichel,20% di zinco).
Le forme commerciali del rame sono :i panetti, i lingotti in genere colati sottoforma di blocchetti multipli del peso di 20/50 Kg e sono utilizzati come metallo da rifusione ;
wirebars : и la forma commerciale piщ frequente di fornitura del rame elettrolitico destinato alla lavorazione a fili (duttilazione) ;
placche : lingotti a sezione rettangolare destinate alla laminazione ( malleabilizzazione) ;
barre : lingotti cilindrici destinati a successiva lavorazione di tubi e barre per estrusione ;
catodi : messo in commercio come esce dalle vasche di elettrolisi, questo non contiene mai ossigeno, per cui l’ossigeno entra soltanto quando viene rifuso per essere messo in commercio.


I MINERALI DEL RAME
CALCOPIRITE : Solfuro di rame e ferro che cristalizza nel sistema tetragonale, in aggregati granulari, piщ raramente in piccoli cristalli bisfenoidali, di colore giallo ottone, duri e pesanti.
Esso и il piщ importante minerale del rame, diffuso negli U.S.A.,in Canada in Cile,in Russia,in Norvegia, in Svezia, in Germania, in Spagna.
In Italia и presente in Toscana, in Trentino, in Piemonte e in Sardegna.
Formula chimica : CuFeS2
Durezza : 3.5-4
Peso Specifico : 4.1-4.3
Percentuale di Cu :34.5%
Percentuale di Fe :30.5%
MALACHITE :Carbonato basico di rame, che cristalizza nel sistema monoclino, in cristalli e aggregati aciculari, in concrezioni mammellonari a struttura zonata ;spesso и pseudoforata su azzurrite. Di colore verde smeraldo и una pregiata pietra ornamentale, usata per lastre e oggetti decorativi.
Formula chimica :CuCO3 * Cu(OH)2
Durezza : 3.5-4
Peso Specifico :4.05
Percentuale di CuO : 71.84%
Percentuale di CO2 :19.98%
Percentuale di H2O :8.18%
AZZURRITE : Carbonato basico di rame che cristalizza nel sistema monoclino in cristalli pristatici o in aggregati, di un intenso colore blu - azzurro. Pregiata pietra ornamentale, era usata in polvere come pigmento per colori ad olio (col tempo si trasformerа perт in malachite).
Formula chimica : 2CuCO3 * Cu(OH)2
Durezza :3.5-4
Peso Specifico :3.77
Percentuale di CuO :69.26%
Percentuale di CO2 :25.52%
Percentuale di H2O :5.22%

CALCOCITE :Solfuro di rame che cristalizza nel sistema rombico, in aggregati o in cristalli tabulari, grigi, teneri e pesanti. Importante minerale del rame, diffuso negli U.S.A.,in Messico, in Bolivia, in Perщ, in Cile, in Australia e in Zambia.
Formula chimica :Cu2S
Durezza :2.5-3
Peso Specifico :5.7
Percentuale di Cu :79.87%
Percentuale di S :20.13%
CUPRITE :Ossido di rame che cristalizza nel sistema cubico, in cristalli cubici, ottaedrici o rombododecaedrici, di color rosso cupo, fragili e pesanti. Importante minerale del rame, diffuso in Arizzona, in Cil, in Bolivia, in Australia, nel Congo e negli Urali.
Formula chimica :Cu2O
Durezza :3.5-4
Peso Specifico :6.15
Percentuale di Cu :88.83%
Percentuale di O :11.17%