TECNOLOGIA, AMBIENTE & SOCIETÀ

UN TESSUTO DALLE BOTTIGLIE DI PLASTICA: IL PILE

Il pile è un tessuto sintetico inventato nel 1979 da una ditta degli Stati Uniti che lo registrò con il nome di Polartec. Le fibre del pile sono costituite da poliestere, soprattutto PET (sigla del polietilene tereftalato). Il tessuto di pile possiede caratteristiche utili nell’abbigliamento sportivo e per il tempo libero: è traspirante, trattiene il calore, è lavabile in lavatrice, non si deforma né si restringe. Il pile è preferibile alla lana per praticità e peso: tutto ciò ha fatto del pile un grande successo commerciale. È stato calcolato che la produzione del pile determini enormi risparmi ambientali: 13 700 bottiglie di plastica da 2 litri permettono la fabbricazione di 150 giacche in pile, mentre con una ventina di bottiglie si riesce a fare una copertina.

8 I METALLI

Come si può immaginare un mondo senza metallo? Dalle automobili ai computer, dai ponti alle posate, dalle strutture delle case agli elettrodomestici, siamo circondati di metalli, che sono indispensabili per la vita di tutti i giorni.

8. 1 CHE COS’È UN METALLO?

I metalli sono materiali generalmente resistenti, di aspetto brillante e lucente, buoni conduttori di elettricità e di calore. Sono opachi (cioè non fanno passare la luce) e a temperatura ambiente sono solidi.
I metalli vengono estratti sotto forma di minerali dalle rocce:
- pochi, come il rame, l’oro e l’argento, si trovano nella crosta terrestre allo stato nativo, cioè sotto forma di metallo puro;
- la grande maggioranza, invece, si trova sotto forma di minerale grezzo:
ciò significa che dal minerale grezzo si estrae un altro metallo; per esempio dalla bauxite grezza si estrae l’alluminio, dall’ematite il ferro, dal cinabro il mercurio FIGG. 55-57.
La metallurgia è il complesso delle lavorazioni utili a estrarre i metalli dal minerale grezzo; la metallurgia del ferro, che è il metallo più importante per l’industria, si chiama siderurgia.

8. 2 IL CICLO DI LAVORAZIONE DEI METALLI

Il ciclo di lavorazione dei metalli è riassumibile nelle fasi che seguono.

►    Scavo del minerale. È la fase in cui le rocce che contengono il metallo vengono estratte dalle miniere, dove avviene una prima separazione tra la parte sfruttabile e lo scarto.

►    Estrazione del metallo. Si libera il metallo da tutte le altre sostanze che possono costituire impurità.

►    Fusione e modellazione. Il metallo viene fuso e colato in appositi stampi per assumere la forma che può consentire le successive lavorazioni.

►    Dal semilavorato al prodotto finito. I prodotti semilavorati, le lastre e i lingotti, vengono sottoposti alle lavorazioni meccaniche, come la laminazione e gli stampaggi, di cui parleremo in seguito. Da lamiere e forme stampate prendono vita i prodotti finiti, cioè gli oggetti metallici che usiamo nella vita quotidiana.


8. 3 I DIVERSI TIPI DI METALLI: FERRO, GHISA E ACCIAIO

Il ferro rappresenta il 95% dei materiali prodotti dalla metallurgia mondiale ed è il metallo più usato dall’uomo.

Il ferro puro, nelle lavorazioni, non è utilizzabile perché, sottoposto a

fusione, dà come risultato un prodotto fragile e facilmente soggetto alla

corrosione. Pertanto, il ferro viene usato per le lavorazioni industriali in

lega con il carbonio:

-    se il carbonio è presente in una percentuale compresa tra il 2 e il 5%, la lega ferro-carbonio prende il nome di ghisa;

-    se nella lega il carbonio è presente in una percentuale minore del 2% si parla di acciaio.


LA SALDATURA - per saperne di PIÙ!

Sui prodotti finiti si possono effettuare ulteriori lavorazioni come la saldatura.
È l’operazione con cui si uniscono due pezzi di metallo, sciogliendo le parti da saldare insieme degli stessi metalli o con l’aggiunta di un altro materiale (materiale di apporto).

8. 3. 1 LA PRODUZIONE DELLA GHISA
La ghisa si produce nell’altoforno, una struttura molto alta (anche più di 40 m), con forma di coni e cilindri, costruita con spesse pareti di materiale refrattario (che resiste, cioè, anche ad alte temperature) FIG. 58. A lato dell’altoforno possono esserci una o più torri, chiamate recuperatori Cowper, che hanno il compito di raccogliere i fumi e immetterli nuovamente nell’altoforno, recuperandone il calore. In cima all’altoforno c’è la bocca di carico dove terminano i trasportatori che portano e caricano nell’altoforno, disponendoli a strati alternati, il minerale, in cui è contenuto il ferro, il combustibile e il fondente. Nella parte inferiore, l’altoforno viene alimentato con l’immissione di aria calda. Il minerale, ancora impuro, è introdotto in piccoli pezzi; il combustibile è costituito dal coke metallurgico, uno speciale tipo di carbone che ha un alto contenuto di carbonio. Il carbonio contenuto nel coke, con la combustione che raggiunge i 1600-1800 oC, si libera e si lega al ferro. Il fondente, che è costituito da pietre calcaree (calce), ha la funzione di legarsi chimicamente alle sostanze di scarto del minerale ferroso. Queste sostanze in genere fondono a temperature molto alte (circa 2000 oC): quindi, se attirate dal fondente, permettono di abbassare notevolmente la temperatura di fusione, fino a circa 1200 oC. Le sostanze di scarto inglobate dal fondente sotto forma di loppa (fondente + scarto), essendo più leggere del resto della fusione galleggiano sulla parte alta del crogiolo (il cilindro alla base dell’altoforno, che raccoglie la ghisa grezza e le scorie). Dalla parte alta del crogiolo vengono scaricate le scorie che, raffreddate con acqua, si riducono in granuli che vengono utilizzati come materiale di costruzione delle strade.
Dalla parte bassa del crogiolo si raccoglie la ghisa grezza liquida. La ghisa così ottenuta può essere:
- ghisa da fonderia, che viene fatta solidificare ed è utilizzata così com’è per realizzare pezzi in fusione;
- ghisa di affinazione, che viene trasportata ancora liquida in acciaieria per essere trasformata in acciaio.

8. 3. 2 LA PRODUZIONE DELL’ACCIAIO
La ghisa esce dall’altoforno con percentuale di carbonio superiore al 4-5%; poi viene inviata in appositi macchinari chiamati convertitori, dove buona parte del carbonio viene combinato con l’ossigeno e liberato sotto forma di anidride carbonica (CO2). Si abbassa quindi la percentuale sotto il 2% e la ghisa si trasforma in acciaio. Tra i vari modelli di convertitore, il più utilizzato è il convertitore LD: è un recipiente a forma di tronco di cono in cui vengono immessi un 90% circa di ghisa liquida e un 10% di rottame di ferro e calce fondente. Dall’alto del recipiente viene soffiato un getto di ossigeno puro che brucia rapidamente il carbonio in eccesso e trasforma la ghisa in acciaio FIG. 59. Un altro sistema di produzione dell’acciaio è quello che parte dai rottami ferrosi, utilizzando i forni elettrici. I rottami vengono immessi nel forno che viene attraversato da un passaggio di corrente generato da tre elettrodi posti sulla parte superiore del forno e dal rottame sottostante. L’energia elettrica fonde il metallo, raggiungendo temperature anche molto elevate. Sia nel primo che nel secondo caso, l’acciaio fuso fuoriesce sotto forma di colata, raccolta da un recipiente chiamato siviera FIG. 60. Dalla siviera l’acciaio fuso può essere versato nelle lingottiere: da qui l’acciaio viene estratto in lingotti (che verranno inviati alle successive lavorazioni), o sotto forma di colata continua. Nella colata continua l’acciaio fuso viene spinto e fatto uscire per gravità attraverso una forma in rame e, contemporaneamente, raffreddato superficialmente con acqua. Il metallo si solidificherà superficialmente, rimanendo liquido all’interno. Questa crosta solida permette alla colatura di mantenere una certa stabilità, mentre continua a raffreddarsi e solidificarsi. Il pezzo viene poi tagliato su misura e destinato alle successive lavorazioni.

8. 3. 3 GLI IMPIEGHI DELL’ACCIAIO

Dalle colate di acciaio fuso prendono origine i semilavorati che sono lamiere, tubi, travi e profilati, tondini per il cemento armato, binari per treni e tram, fili, ecc. FIG. 61.

I semilavorati vengono impiegati in vari modi:

-    dalle lamiere si producono parti necessarie per la costruzione di automobili, treni, aerei, navi, elettrodomestici, cisterne;

-    i tubi servono per gli acquedotti e gli oleodotti;

-    le travi sono utilizzate per la costruzione di ponti, tralicci, case, capannoni industriali FIG. 62;

-    con il filo di diametro adatto si fabbricano viti e bulloni ► FIG. 63.


8. 4 I METALLI NON FERROSI

Nella tabella seguente sono elencati i cosiddetti metalli non ferrosi, quelli che l’uomo utilizza per scopi diversi dalla siderurgia. 

NOME

CARATTERISTICHE

IMPIEGHI

LEGHE

Argento (Ag)

È un metallo tenero, di colore bianco e aspetto lucido; è molto duttile e malleabile, appena più duro dell'oro.

È il migliore conduttore di calore ed elettricità fra tutti i metalli.

Viene principalmente usato in oreficeria come metallo prezioso, ma serve anche per posate, vassoi, cornici.

I sali d'argento vengono impiegati in fotografia.

Le leghe sono:

- argento 800 (800 parti di argento e 200 parti di rame);

- argento Sterling (925 parti di argento e 75 parti

di rame).

Alluminio (Al)

È il terzo elemento più comune sulla crosta terrestre, dopo ossigeno e silicio. È di colore bianco-argenteo, è leggero, duttile, malleabile, facilmente fusibile e completamente riciclabile.

Telai per serramenti, pannelli di rivestimento per edilizia, industria aeronautica e cantieristica navale, fogli per conservare gli alimenti, pentole, bombolette, barattoli e lattine, elettrodomestici, cavi elettrici, telai di bicicletta.

L'alluminio si lega con silicio, rame, magnesio, zinco.

Per la loro leggerezza, queste leghe prendono il nome di leghe leggere.

Rame

(Cu dal latino cuprum)

È il primo metallo usato dall'uomo.

È di colore rossastro; possiede alta conduttività elettrica e termica; resiste bene alla corrosione; ha una buona duttilità e malleabilità.

È utilizzato soprattutto nel campo dell'elettricità per cavi e collegamenti e per tubi di impianti termici, sanitari e del gas.

Lastre in rame sono utilizzate per grondaie e per coperture.

In lega con lo zinco si usa per laminati, maniglie, rubinetti, viti.

In lega con lo stagno serve per ingranaggi, valvole, campane, monete.

Il rame dà vita a numerose leghe.

Le più famose sono:

- il bronzo che è una lega di rame e stagno;

- l'ottone che è una lega di rame e zinco.

Oro

(Au dal latino aurum)

È il metallo prezioso per eccellenza.

Si trova allo stato nativo quasi puro, sotto forma di pepite, specie di sassi un po' schiacciati.

È di colore giallo brillante; è il metallo più duttile e malleabile, facile alla lavorazione; resiste ottimamente alla corrosione.

Monete, monili e oggetti da oreficeria.

Si può ridurre in fogli sottilissimi per dorare oggetti (cornici, mobili, stucchi, oggetti sacri) o altri metalli meno pregiati.

In lega con altri metalli si usa in astronautica e per circuiti elettronici.

L'oro lega con:

- il rame e si ottiene l'oro rosso;

- l'argento o il platino e si ottiene l'oro bianco.

Stagno

(Sn)

È di aspetto bianco-argenteo; è malleabile ma poco duttile; ha bassa resistenza meccanica, ma buona resistenza alla corrosione; fonde a bassa temperatura (230 °C circa).

Per il suo basso punto di fusione viene impiegato per le saldature.

Si può ridurre in lamine molto sottili (carta stagnola) per avvolgere alimenti o apparecchiature.

Lo stagno lega con:

- il rame e dà il bronzo;

- il piombo e crea il peltro, impiegato per vasi, vassoi e oggetti decorativi.

Piombo

(Pb)

È di aspetto grigio-bluastro opaco; è morbido, con bassa resistenza meccanica, molto malleabile e abbastanza duttile; è facilmente lavorabile e ha buona saldabilità.

Ha un alto peso specifico e un punto di fusione abbastanza basso; resiste bene alle intemperie e alle corrosioni acide; assorbe le radiazioni.

Produzione di tubi (lo usavano già gli antichi Romani per gli acquedotti), rivestimento di altri metalli e delle batterie degli autoveicoli.

Con lo stagno si usa per le saldature, nella costruzione delle vetrate artistiche, per i pallini da caccia, per i caratteri da stampa, per schermare i raggi X.

In lega con stagno, nichel e rame si producono metalli antifrizione, per rivestire i cuscinetti a sfera.

Cromo (Cr)

Ha un aspetto bianco brillante; è un metallo molto duro, con un alto punto di fusione (1875 °C); è resistente all'usura e alla corrosione.

È impiegato nella cromatura per proteggere e abbellire altri metalli, soprattutto ferro, ottone, rame.

Serve per la produzione di acciai speciali.

In lega con il nichel viene usato per le resistenze elettriche e come materiale refrattario.

Titanio

(Ti)

È di colore bianco lucido; è molto leggero e resistente, sia meccanicamente sia alla corrosione; è paragonabile all'acciaio inossidabile, ma pesa la metà.

Pur essendo un metallo molto presente in natura, a causa della difficoltà di estrazione e di produzione, l'impiego è abbastanza recente.

È molto utilizzato nell'industria aeronautica e spaziale, per i pezzi di motori (turbine) e in edilizia come pannellature per rivestimento.

In lega con il tungsteno è usato per i filamenti delle lampadine.

8. 5 IL RICICLO DEI METALLI

Riciclare i metalli significa rimettere in fusione gli oggetti metallici recuperati, allo scopo di ottenere altro metallo. È un processo che può essere ripetuto infinite volte, ricavando quello che si chiama metallo secondario.

►    Riciclare l’alluminio. Un terzo dell’alluminio in circolazione è ottenuto dalla rifusione dei rottami recuperati.

La qualità dell’alluminio riciclato non è inferiore a quello di prima fabbricazione; inoltre il riciclo può avvenire infinite volte, risparmiando il 95% dell’energia consumata nella produzione primaria.

►    Riciclare l’acciaio. L’acciaio viene separato dai rifiuti con sistemi magnetici. Poi viene diviso da altre eventuali sostanze, ripulito, frantumato e rimesso in fusione per produrre i semilavorati (lamiere e lingotti) che verranno immessi nei normali processi produttivi. Il recupero dell’acciaio consente un risparmio di risorse di circa il 97%.

► Riciclare il rame. Il rame non diffonde sostanze pericolose per l’ambiente ed è riciclabile quasi al 100%. La piccola parte che non viene recuperata è comunque impiegata per produrre composti rameici usati in agricoltura. In Europa circa la metà del rame utilizzato proviene dal riciclo e la percentuale è in aumento. 

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