Cave e miniere
Le miniere costituiscono in senso lato le zone dove i minerali e le rocce vengono estratti. Nell'accezione comune il termine cava è riservato a sbancamenti a cielo aperto mentre il termine miniera è invece attribuito agli scavi condotti sotto terra.
Gli scavi sotterranei si sviluppano generalmente in gallerie che si aprono da pozzi verticali e seguono l'andamento dei filoni del minerale da estrarre. Gli sbancamenti a cielo aperto a seconda della natura del terreno seguono avanzamenti sul fronte della cava o viceversa escavazioni concentriche che vanno via via sprofondando verso il centro.
Secondo la legislazione italiana il termine miniera è riservato agli scavi sotterranei o a cielo aperto che portano all'asportazione di minerali definiti strategici da cui si estraggono metalli, ma anche di minerali usati nell'industria chimica, manifatturiera, farmaceutica ecc. quali lo zolfo, la dolomite, la magnesite, la bentonite, ecc.
Sempre secondo la legislazione italiana il termine cava viene riservato allo sbancamento di materiali per costruzione, quali i marmi, i graniti, le sabbie indipendentemente da come venga realizzato lo scavo e cioè astraendo dal fatto che lo stesso sia sotterraneo o a cielo aperto.
La concessione ed il controllo delle miniere è di competenza dello Stato, quello delle cave è invece competenza delle Regioni.
Oggi con il carotaggio è relativamente facile scoprire nuove zone minerarie e definirne l'importanza del giacimento, valutando in tal modo un razionale investimento produttivo. Un tempo le tecniche erano esclusivamente legate agli affioramenti visivi valutati da esperti che garantivano la bontà del filone. Così minerali di ossidazione del rame suggerivano un probabile giacimento del metallo rame. La presenza abbondante di solfuri metallici, quali la galena o blenda costituivano un serio indizio di buone coltivazioni di piombo o zinco.
Adamite da Mapimì (Messico). Foto P. Rodighiero
Elementi utilizzati dall'uomo
Diamo qui un conciso elenco (in ordine alfabetico) di elementi utilizzati dall'uomo. Tra parentesi il simbolo del metallo e la formula chimica del minerale.
Borace dalla California. Foto P. Rodighiero
ALLUMINIO
L'alluminio (Al) viene estratto dalla bauxite (A2O3). In Italia è abbondante in Puglia.
Utilizzo: è utilizzato per la produzione delle lattine per le bibite, per la formazione di leghe speciali leggere (es. aeronautica) e nell'industria pirotecnica.
ARSENICO e ANTIMONIO
L'arsenico (As) viene estratto dall'arsenolite (As2O3). Viene ricavato anche dalla skutterudite (CoAs) quando si trova in concentrazione utile. L'antimonio (Sb) viene estratto dall'antimonite (Sb2S3). Sud Africa e Cina sono i più grandi produttori.
Utilizzo: l'arsenico trova impiego come ratticida, l'antimonio in lega con altri metalli conferisce durezza. Entrambi vengono usati nella fabbricazione dei semiconduttori.
BARIO
Il bario (Ba) è un elemento relativamente abbondante in natura come solfato (barite: BaSO4) o più raramente come carbonato (whiterite: BaCO3).
Utilizzo: è di uso limitato. Poiché i suoi sali colorano la fiamma di verde, essi vengono utilizzati nell'industria pirotecnica. Il solfato è utilizzato come radiopacante nelle analisi radiologiche dell'intestino.
BERILLIO
Il berillio (Be) è un metallo leggerissimo, che viene estratto da un silicato (berillo), il suo minerale più diffuso in natura.
Utilizzo: trova largo impiego nella fabbricazione di leghe proprio per la sua leggerezza, ma anche perché conferisce buona conducibilità elettrica, buona tenacia ed una straordinaria resistenza all'uso.
BORO
Il boro (B) viene estratto da imponenti giacimenti del Mojave Desert della California dove si trova sotto forma di un suo sale: il borace. I giacimenti turchi, un tempo ricchi, stanno esaurendosi.
Utilizzo: il perborato è usato come candeggiante, il borace nella produzione di isolanti elettrici. Utilizzato nell'industria chimica, pirotecnica. Di largo impiego nell'industria della ceramica e per creare vetri resistenti al fuoco (Pyrex) e ceramiche. L'acqua borica è utilizzata come disinfettante.
CALCIO
Il calcio (Ca) è un elemento molto diffuso in natura sotto forma di carbonato (calcite e aragonite: CaCO3) dal quale viene estratto o trasformato in altri composti di interesse pratico.
Utilizzo: è comunemente impiegato nell'edilizia, nella fabbricazione del cemento della calce viva e spenta.
CARBONIO
Il carbonio (C) esiste in due forme: diamante e grafite, con proprietà e valore economico molto differenti.
Utilizzo: il diamante puro è utilizzato in gioielleria con valore di mercato molto alto. Nel caso non fosse sufficientemente puro da renderlo appetibile come gioiello viene utilizzato come abrasivo. La grafite trova svariati impieghi sia nella fabbricazione delle matite sia come isolante o lubrificante solido.
CLORO
Il cloro (Cl2) viene preparato per elettrolisi del cloruro sodico (salgemma: NaCl), che è il comune sale da cucina.
Utilizzo: il cloro a temperatura ambiente è gassoso e viene utilizzato come tale o sotto forma di composto come ossidante e quindi come disinfettante e nella potabilizzazione delle acque. Il cloruro sodico è un prodotto indispensabile nelle diete e viene pertanto estratto direttamente dalle acque del mare (saline) e usato come tale.
COBALTO E NICHEL
Il cobalto viene normalmente ricavato dalla cobaltite (CoAs2) o skutterudite (CoAs). Il nichel viene estratto da solfuri o limoniti nichelifere.
Utilizzo: il cobalto trova impiego nella costruzione di leghe resistenti alle alte temperature, o che hanno proprietà magnetiche. L'ossido di cobalto si utilizza nell'industria ceramica e del vetro come colorante blu. Il nichel viene utilizzato per ricoprire metalli, per fabbricare monete e in chimica come catalizzatore.
CROMO
Il cromo viene normalmente ricavato dalla cromite (Cr2O3) per riduzione con alluminio o silicio.
Utilizzo: trova largo impiego nella fabbricazione di leghe (acciai speciali) ad alta resistenza meccanica e come agente protettivo di altri metalli. Ampiamente utilizzato sotto forma salina nell'industria chimica.
FERRO
Il ferro (Fe) viene estratto prevalentemente dalla magnetite (Fe3O4) ma anche dall'ematite (Fe2O3), a minor contenuto di ferro. Il ferro è elemento diffusissimo sulla crosta terrestre.
Utilizzo: trova ampio utilizzo come tale o in lega con altri metalli.
FLUORO
Il fluoro (F2) e l'acido fluoridrico (HF) si ricavano dalla fluorite (CaF2), che è il più diffuso minerale del fluoro. Numerose sono le miniere attive in tutto il mondo.
Utilizzo: alcuni derivati dell'acido fluoridrico sono normalmente inseriti nelle paste dentifricie, come anticarie. Numerosi sono i composti del fluoro utilizzati nell'industria chimica.
FOSFORO
Il fosforo (P) è un elemento solido che si ottiene per riduzione dalle apatiti (Ca3(PO4)2).
Utilizzo: la maggior parte del fosforo viene utilizzata nella preparazione dell'acido fosforico, che unitamente ai suoi sali trova impiego in agricoltura (fertilizzanti) e nei detergenti. La sua presenza conferisce a determinate leghe straordinaria resistenza all'usura. L'acido fosforico, unitamente al caramello conferisce alla Coca cola un sapore particolare. Il solfuro di fosforo trova impiego nella fabbricazione dei fiammiferi.
LITIO
Il litio (Li) è il metallo più leggero e viene estratto da alcuni silicati (spodumene, petalite o più comunemente dalla mica lepidolite).
Utilizzo: trova sempre più impiego nella fabbricazione di batterie, nella fabbricazione di vetri e ceramiche ed infine in alcuni lubrificanti.
MAGNESIO
Il magnesio (Mg) è un metallo leggero diffuso in natura come carbonato (magnesite: MgCO3) dal quale viene estratto.
Utilizzo: trova impiego nella fabbricazione di leghe leggere (industria aeronautica e automobilistica). Utilizzato nell'industria pirotecnica per accendere di luce bianca la polvere da sparo bruciata in cielo. L'idrossido di magnesio (Mg(OH)2) è usato in medicina come lassativo (magnesia).
MANGANESE
Il manganese (Mn) viene estratto prevalentemente dalla pirolusite (MnO2). Il minerale è nero ed è discretamente diffuso nella crosta terrestre.
Utilizzo: trova ampio utilizzo nella preparazione di acciai speciali e nella produzione di ceramiche.
MERCURIO
Il mercurio (Hg) è un metallo che a temperatura ambiente è liquido, in queste condizioni risulta poco abbondante in natura. Viene estratto dal suo solfuro (cinabro: HgS) mediante il processo di arrostimento che porta direttamente al metallo. Il cinabro è un minerale con una colorazione rosso intensa.
Utilizzo: usato per costruire termometri, strumenti di misura, pile, interruttori a gravità, lampade a vapori di mercurio. Il suo uso va diminuendo a causa della sua pericolosità.
MOLIBDENO
Il molibdeno viene ricavato dalla molibdenite (MoS) o dalla wulfenite (PbMoO4) se in concentrazioni sufficiente da renderla economicamente attiva.
Utilizzo: le sue leghe trovano largo uso nell'industria aeronautica e missilistica. È usato come catalizzatore in numerosi processi petrolchimici.
NIOBIO
Il niobio (Nb) viene estratto dalla columbite (FeNbO4).
Utilizzo: trova largo impiego nella fabbricazione di acciai speciali (acciai inossidabili). È utilizzato nei reattori nucleari. In lega con stagno, alluminio e zirconio è uno straordinario superconduttore.
ORO
L'oro (Au), considerato da sempre il principe dei metalli per il suo colore caldo e per l'inalterabilità. È un metallo nobile che si trova dunque in natura anche come tale, in filamenti, granuli o pepite di varie dimensioni.
Utilizzo: utilizzato prevalentemente in gioielleria, in apparecchi di precisione, in ortodonzia o come riserva economica degli Stati. Come metallo è quotato in Borsa.
PIOMBO
Il piombo (Pb) è un metallo relativamente abbondante in natura. Viene estratto dal suo solfuro (galena: PbS). La galena è un minerale che spesso contiene quantità variabili di argento.
Utilizzo: utilizzato in lastre come scudo alle radiazioni, in leghe, nelle batterie per auto e nelle saldature.
POTASSIO
Il potassio (K) è diffuso in natura quanto il sodio e analogamente a questo normalmente sotto forma di cloruro (silvite: KCI).
Utilizzo: usato nell'industria dei vetri e dei saponi, come nitrato è utilizzato negli esplosivi, nei fuochi d'artificio per il colore violetto. Elemento fondamentale per la vita animale e vegetale.
RAME
Il rame (Cu) in quanto metallo nobile può essere ritrovato in natura anche come tale. Non sono rari comunque anche i suoi composti quali la calcopirite, la malachite, l'azzurrite.
Utilizzo: quale buon conduttore di elettricità è utilizzato in campo elettrico. Per la sua inalterabilità ha sostituito lo zinco poco resistente agli agenti atmosferici (piogge acide). In lega con piccole quantità di stagno (10%) forma il bronzo, noto fin dai tempi preistorici (età del bronzo). Usato in gioielleria in lega.
SILICIO
Il silicio (Si) è un metallo che viene estratto dalla silice (quarzo: SiO2).
Utilizzo: la silice (quarzo) è la materia prima per la manifattura vetraria (quarzo e vetro hanno la medesima composizione chimica, ma il primo ha struttura cristallina, il secondo è amorfo). Il quarzo è importantissimo nell'industria ottica, e negli apparecchi di precisione (orologi al quarzo), mentre il Si che da esso si estrae ha proprietà di semiconduttore ed è usato nell'industria informatica. Il carburo di silicio (SiC) è tra le sostanze più forti usate nella lucidatura.
SODIO
Il sodio (Na) è diffuso in natura come cloruro (salgemma: NaCl) disciolto nell'acqua del mare e si ricava appunto da questo sale.
Utilizzo: come elemento trova impiego nell'industria chimica, in forma salina (cloruro) è importante nella dieta alimentare. Ampiamente utilizzati sono il carbonato e il bicarbonato (quest'ultimo per diminuire l'acidità di stomaco).
STAGNO
Lo stagno (Sn) è un metallo relativamente abbondante in natura. Viene estratto dal suo ossido (cassiterite: SnO2) mediante il processo di riduzione.
Utilizzo: è utilizzato come rivestimento di altri metalli perché non tossico e non corrosivo. Utilizzato per la fabbricazione di leghe (leghe antifrizione, peltro) e nelle saldature perché fonde facilmente.
STRONZIO
Lo stronzio (Sr) è un elemento diffuso in natura prevalentemente come carbonato (stronzianite: SrCO3) o solfato (celestina: SrSO4).
Utilizzo: poiché i suoi sali colorano la fiamma di rosso, gli stessi vengono comunemente utilizzati, nell'industria pirotecnica.
TITANIO
Il titanio (Ti) è estratto dalla ilmenite (FeTiO3) che è discretamente diffusa.
Utilizzo: trova impiego nella fabbricazione di leghe adatte all'industria aeronautica o marina data l'alta resistenza che tali materiali presentano all'usura e alla corrosione. Il biossido di titanio è un composto importante nell'industria dei coloranti, quale pigmento murale bianco candido.
VANADIO
Il vanadio (V) viene estratto dalla vanadinite Pb5[Cl(VO4)3].
Utilizzo: trova largo impiego nella fabbricazione di leghe (acciai speciali) che resistono alle sollecitazioni meccaniche (molle) e alle alte temperature. In chimica è usato come catalizzatore.
WOLFRAMIO
Il wolframio (W) viene estratto prevalentemente dalla wolframite (Fe,Mn)WO4. Il minerale è nero o rosso cupo ed è discretamente diffuso nella crosta terrestre.
Utilizzo: largamente impiegato nella preparazione di leghe resistenti al calore ed in particolare nella fabbricazione dei fili delle lampadine. Il carburo di wolframio è uno straordinario abrasivo.
ZINCO
Lo zinco (Zn) è un metallo relativamente abbondante in natura. Viene estratto dal solfuro (blenda: ZnS). La blenda è un minerale di colore variabile dal giallo bruno fino a nero (marmatite).
Utilizzo: il metallo è largamente utilizzato come tale o in lega con altri nei campi più vasti. È un componente delle batterie a secco.
ZIRCONIO
Lo zirconio (Zr) viene estratto prevalentemente dallo zircone (ZrSiO4).
Utilizzo: lo zirconio conferisce alle leghe una alta resistenza alla corrosione. Lo zircone è una apprezzata gemma, rinvenibile in tutti i colori.
ZOLFO
Lo zolfo (S) è un elemento che si trova in natura come tale o combinato con l'ossigeno ed altri metalli nei solfati.
Utilizzo: lo zolfo trova svariati impieghi, nella vulcanizzazione della gomma, nella fabbricazione di insetticidi, fungicidi, prodotti farmaceutici e chimici. Inoltre come solfito viene impiegato nella manifattura della carta e come solfato nei pigmenti, detergenti, esplosivi.
Approfondimento: come si "disintegra" un minerale
I minerali prevalentemente usati dall'uomo per ricavare gli elementi sono gli alogenuri, i solfuri o gli ossidi. La loro preparazione prevede processi chimici a seconda del materiale utilizzato.
1. Dagli alogenuri (composti da alogeni (7° gruppo) + metalli):
Il processo elettrolitico condotto sul salgemma fuso trasforma il cloruro di sodio (NaCl) in Na (sodio) e Cl2 (cloro). Lo stesso processo condotto sulla soluzione acquosa del cloruro sodico porta alla formazione di NaOH (prodotto chimico di largo consumo) e Cl, Analogo il processo sulla silvite (KCl).
Dagli alogenuri otteniamo i metalli alcalini e gli alogeni.
2. Dai solfuri (composti da zolfo + metallo o semimetallo):
Il processo comporta dapprima l'arrostimento e successivamente la riduzione dell'ossido così ottenuto.
Arrostimento. Con questo processo si riscalda ad alta temperatura il solfuro trasformandolo in ossido.
2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2
Riduzione. Con questo processo si trasforma l'ossido in metallo ad opera di energici riducenti.
2PbO + C → 2Pb + CO2
Dai solfuri si ottengono: piombo (Pb), zinco (Zn), mercurio (Hg), arsenico (As), antimonio (Sb), bismuto (Bi), cadmio (Cd), cobalto (Co), nichel (Ni).
3. Dagli ossidi (composti da ossigeno + metallo o semimetallo):
Il processo comporta la riduzione come sopra visto.
Dagli ossidi otteniamo: ferro (Fe), silicio (Si), germanio (Ge), stagno (Sn), vanadio (V), cromo (Cr), manganese (Mn), zirconio (Zr), molibdeno (Mo).
I metalli chimicamente nobili quali, oro (Au), platino (Pt), palladio (Pd), argento (Ag), rame (Cu) e raramente il mercurio (Hg) si possono trovare in natura come tali. Sempre allo stato nativo si possono trovare anche zolfo (S), carbonio (C) e più raramente arsenico (As) e antimonio (Sb).