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L'estrazione del ferro dai suoi minerali (siderurgia) viene eseguita nell'altoforno, così chiamato per le sue dimensioni: può essere alto anche fino a 100 metri e avere un diametro di 10 metri!
Uno stabilimento siderurgico viene definito a ciclo integrale quando svolge tutte le lavorazioni descritte finora, a partire dal minerale di ferro fino alla realizzazione dei semilavorati.
- è molto leggero, pesa circa 1/3 di rame e acciaio
- è un buon conduttore di calore ed elettricità (può
infatti sostituire il rame negli impianti elettrici
- è duttile e malleabile
- è facilmente fusibile e riciclabile
- è un ottimo conduttore di calore ed elettricità
- è duttile e malleabile
- è difficilmente fusibile
- resiste molto bene alla corrosione
formando una patina superficiale
verdastra che protegge gli strati sottostanti
il rame
L'ALLUMINIO
Il rame viene estratto dal
minerale calcopirite.
E' stato il primo metallo ad essere utilizzato dall'uomo.
L'alluminio si ricava dal minerale bauxite.
E' uno degli elementi più abbondanti sulla terra.
contiene rame al 30-50%
simile a quelli usati per l'acciaio
(o rame nero) contiene rame al 98-99%
La metallurgia del rame, cioè l'estrazione del metallo dal proprio minerale, comprende le seguenti fasi :
(o rame elettrolitico) contiene rame al 99,95%
Viene utilizzato soprattutto per impianti elettrici, per tubazioni, per coperture di tetti, e nella industria chimica.
Il rame secondario si ottiene invece rifondendo rame riciclato da rottami o da vecchie linee elettriche.
LE LEGHE DEL RAME
il ferro e
L'Altoforno
E' costituito da una parte esterna in acciaio ed una interna in mattoni refrattari, cioè capaci di resistere ad
Le leghe del rame sono molto numerose: ricordiamo tra tutte il bronzo e l'ottone.
E' utilizzato, puro o nelle sue leghe leggere (avional, duralluminio) in molti settori: serramenti e pannelli nell'edilizia,
altissime temperature.
Una volta messo in funzione, rimane in attività continuativa per circa 10 anni, poi viene spento, lasciato raffreddare e smantellato.
Il BRONZO è una lega di rame e stagno:
- la percentuale di
stagno è del 2-12%
- è più duro e resistente
del rame;
- è meno duttile del rame
- è più facilmente fusibile
del rame
- viene utilizzato per statue
ingranaggi, campane.
Il prodotto delle lavorazioni in altoforno è la ghisa.
Vediamo come queste lavorazioni avvengono:
lattine e contenitori vari, elettrodomestici, carta di alluminio, attrezzi, scale, pentole, linee elettriche.
L' OTTONE è una lega di rame e zinco:
- la percentuale di
zinco è del 5-45%
- è più duro e resistente
del rame;
Questa ghisa viene detta ghisa madre
o ghisa greggia; gli altoforni più grandi
ne possono produrre fino a 10mila
tonnellate al giorno.
Essa subirà altre lavorazioni.
- ha un punto di fusione più
basso del rame
- ha massa volumica e
conducibilità elettrica più
bassa del rame
- viene usato per rubinetti,
tubi, strumenti musicali.
Il ferro è uno dei metalli più diffusi
in natura. E' presente in minerali
come la magnetite, la siderite e la pirite.
le sue leghe
Viene estratto da essi con procedimenti siderurgici, in un enorme impianto chiamato altoforno.
Durante queste lavorazioni il ferro viene unito al carbonio, ottenendo una lega: la ghisa.
Successivamente, con altre lavorazioni, sottraendo alla ghisa una parte del carbonio, si otterrà un'altra lega del ferro: l'acciaio.
LAVORAZIONI PLASTICHE
FONDERIA
Sotto l'azione di forze esterne i metalli possono deformarsi acquistando una determinata forma, grazie alle proprietà di duttilità e malleabilità (plasticità).
Si fondono i metalli o le leghe in speciali forni e si cola il materiale fuso in apposite forme, lasciandolo poi raffreddare e solidificare.
LA GHISA
La ghisa è una lega di ferro e carbonio in cui la percentuale di carbonio varia dal 2 al 4%.
l'affinazione
- è un materiale duro, ma fragile
- resiste bene alla compressione, ma non
alla trazione e alla flessione
- ha una buona resistenza alla corrosione
- non è malleabile
- ha un'ottima fusibilità, infatti è molto
utilizzata per la produzione di pezzi
fusi, come quelli qui raffigurati.
2. FORNO ELETTRICO
Usato soprattuto per rifondere rottami, in piccole acciaierie costruite dove sia facile procurarsi i rottami.
La ghisa greggia proveniente dall'altoforno viene trasformata in acciaio tramite una serie di lavorazioni chiamate affinazione, e che consistono nella riduzione del carbonio (che deve arrivare sotto il 2%) , delle impurità e nell'aggiunta delle ferroleghe.
L'ACCIAIO
Esistono 2 metodi per l'affinazione:
1. CONVERTITORE LD
E' il metodo più utilizzato. L e D derivano dai nomi delle città in cui venne utilizzato la prima volta.
lo stabilimento siderurgico a ciclo integrale
L'acciaio è una lega di ferro e carbonio in cui
la percentuale di carbonio è inferiore al 2%.
la laminazione
Seguono poi altre lavorazioni, che sfruttando la malleabilità dell'acciaio, schiacciano e deformano i lingotti, trasformandoli in lamiere, profilati, rotaie, tubi...
- è meno duro della ghisa
- ha una buona resistenza meccanica
- resiste poco alla corrosione
- è duttile e malleabile
- è difficilmente fusibile
- è facilmente saldabile
Viene utilizzato per la produzione di lamiere, tubi, strutture, pentole, posate, filo di ferro, viti e molto altro...
Questi semilavorati saranno poi acquistati da artigiani o da industrie e subiranno ulteriori lavorazioni per diventare oggetti finiti.
LA LAVORAZIONE DEI METALLI
la colata dell'acciaio
Dal fondo aperto scende l'acciaio che, raffreddandosi, diventa semi-solido e viene tagliato alla misura giusta
L'acciaio liquido, ottenuto con i convertitori LD o con i forni elettrici, viene colato in un recipiente chiamato siviera e viene quindi trasformato in lingotti, secondo due diverse modalità:
L'acciaio liquido viene versato in stampi a forma di lingotto.
LAVORAZIONI CON
MACCHINE UTENSILI
SALDATURE
il riciclo dell'alluminio
Sono le operazioni con le quali si uniscono tra di loro due pezzi di metallo sfruttando l'azione del calore.
il riciclo dei metalli
Le macchine utensili lavorano il metallo asportandone una parte sotto forma di truciolo per mezzo di un utensile (trapano, pialla, fresa...), azionato da un motore elettrico.
Riciclare i metalli recuperati con la raccolta differenziata, permette un notevole risparmio nei costi di produzione: ad esempio il riciclo delle lattine ci fa risparmiare circa il 95% rispetto alla produzione partendo dalla materia prima!
Il riciclo dell'alluminio poi è molto importante, perchè in Italia non abbiamo grandi miniere di bauxite.
il riciclo dell'acciaio
UN PO' DI STORIA
Nel corso dei secoli l'umanità ha scoperto nuovi metalli e nuove leghe. I metalli sono sempre stati alla base dell'economia e dell'evoluzione tecnologica.
L'umanità ha scoperto ed utilizzato i metalli fin dai tempi più remoti: infatti l'Età dei Metalli è l'ultima fase del periodo preistorico, circa 6.000 anni fa, quando l'uomo scoprì che alcune pietre, poste vicino al fuoco, fondevano diventando liquide. Il metallo liquido, messo in uno stampo, ne assumeva la forma e, raffreddandosi, induriva .
Attualmente i metalli sono utilizzati per realizzare:
Così l'uomo iniziò a modellare i metalli, prima il rame, poi il bronzo (una lega di rame e stagno) ed infine il ferro, ricavandone gli oggetti che gli occorrevano.
- strutture
- elettrodomestici
- automobili
- cavi elettrici
- macchine utensili
- e tanto altro...
caratteristiche e proprieta'
le leghe metalliche
- I metalli sono solidi a
temperatura ordinaria,
tranne il mercurio che
è liquido;
I metalli non vengono quasi mai utilizzati puri, ma sotto forma di leghe, perché esse hanno caratteristiche migliori dei metalli che le compongono.
Gli elementi che si trovano in natura si dividono in:
- metalli - non metalli - semimetalli - gas nobili
In queste lezioni studieremo solo i metalli, in particolare ferro, alluminio e rame, ma gli elementi metallici conosciuti sono più di 80: di grande importanza sono anche lo zinco, il piombo, lo stagno, l'argento, l'oro.
La lega può essere costituita o dall'unione tra due metalli, ad esempio il bronzo, composto da rame e stagno...
- hanno un aspetto
lucente
- sono buoni
conduttori di
calore ed elettricità;
...oppure dall'unione tra un metallo ed un non metallo, ad esempio l'acciaio, composto da ferro e carbonio.
- ... malleabili (si lasciano ridurre
facilmente in lamine)...
- sono duttili (si lasciano ridurre facilmente in fili)...
- in natura non si trovano quasi
mai puri, ma mescolati con altri
elementi, con i quali formano i
minerali;
- le tecniche per separarli da essi
sono dette metallurgia, in
particolare siderurgia quelle per
l'estrazione del ferro.
- ...e sono facilmente saldabili.
- ... si lasciano fondere
facilmente...