2.

Estrazione e trattamento

Il processo metallurgico è costituito da due operazioni: la concentrazione, che separa il metallo o il composto metallico dal materiale roccioso sterile (ganga) con cui l’elemento è combinato nel minerale, e la raffinazione, che rende il metallo puro o quasi puro, pronto alle ulteriori lavorazioni. Per la concentrazione e la raffinazione vengono impiegati processi di tipo meccanico, chimico ed elettrico, spesso combinati fra loro.

1.

Metodi di concentrazione meccanica

Fra i metodi di concentrazione meccanica, uno dei più semplici è la separazione per forza di gravità: si tratta di un processo basato sul fatto che i metalli nativi e i minerali metallici hanno densità diversa da quella degli altri materiali rocciosi, con i quali sono mescolati. Quando il minerale frantumato o il concentrato di minerale è sospeso in acqua o in aria, le particelle di metallo o di minerale metallico, più pesanti, cadono sul fondo della camera di trattamento e la ganga, più leggera, viene soffiata o lavata via.

La tecnica tradizionale del cercatore d’oro, che setaccia la sabbia aurifera per estrarre il metallo, è nel suo piccolo un processo di separazione per gravità. Con lo stesso procedimento, grazie alla densità relativa più alta, la magnetite (un minerale di ferro) può essere separata dalla ganga rocciosa nella quale si trova.

La flottazione è oggi il più importante metodo di concentrazione meccanica. Consiste sostanzialmente in un processo di separazione per gravità modificato, in cui il minerale grezzo viene macinato finemente e mescolato a un liquido: di norma il metallo o il minerale metallico galleggia mentre la ganga si deposita sul fondo, sebbene in alcuni casi si verifichi il contrario. In molti processi di flottazione, il galleggiamento del metallo (o della ganga) viene favorito dalla presenza, sulla superficie dell’acqua, di olio o altro reagente; in questo modo, sostanze relativamente pesanti possono galleggiare. L’uso della flottazione ha reso conveniente lo sfruttamento di molti giacimenti di minerali a bassa concentrazione.

2.

Metodi di separazione elettromagnetica ed elettrostatica

I minerali che hanno spiccate proprietà magnetiche (ad esempio, la magnetite) vengono concentrati mediante l’impiego di elettromagneti, che attraggono il minerale metallico ma non la ganga. Vedi anche Magnetismo.

La separazione elettrostatica utilizza un campo elettrico per separare minerali con proprietà elettriche diverse, sfruttando l’attrazione fra cariche elettriche opposte e la repulsione fra cariche elettriche uguali.

3.

Metodi di separazione chimica

I metodi di separazione chimica sono generalmente i più importanti dal punto di vista industriale: spesso sono utilizzati come secondo stadio dopo la concentrazione meccanica. Dalla fusione si ottiene una quantità di metallo maggiore che da qualunque altro procedimento. In questo processo il minerale, o il concentrato ottenuto tramite separazione meccanica, viene mescolato con un agente riducente e un fondente e riscaldato ad alta temperatura. Nel caso di un ossido metallico, il riducente si combina con l’ossigeno, lasciando il metallo puro, mentre il fondente si combina con la ganga, formando una scoria liquida che può essere facilmente asportata. La produzione di ghisa negli altiforni costituisce un esempio di fusione; lo stesso processo è impiegato per estrarre dai loro minerali rame, piombo, nichel e altri metalli.

L’amalgamazione, un processo metallurgico basato sull’uso di mercurio per dissolvere oro e argento, formando un amalgama, è stata largamente sostituita dalla cianurazione, con la quale l’oro o l’argento viene dissolto in soluzioni di cianuro di sodio o di potassio.

4.

Tecniche miste

Diversi tipi di soluzioni acquose sono impiegati nei trattamenti di lisciviazione o di percolazione per estrarre i metalli dai loro minerali. I solfiti e i carbonati metallici vengono sottoposti ad arrostimento, scaldandoli a una temperatura inferiore al punto di fusione del metallo. Nell’arrostimento dei carbonati si libera anidride carbonica, ottenendo un ossido metallico. Nell’arrostimento dei solfiti, invece, lo zolfo si combina con l’ossigeno dell’aria liberando biossido di zolfo, ottenendo un ossido metallico, che viene successivamente ridotto mediante fusione.

L’agglomerazione dei minerali metallici polverulenti si effettua mediante sinterizzazione o pellettizzazione. Nel processo di sinterizzazione si usano acqua, aria, calore e pressione per compattare il materiale senza fonderlo. Nella pellettizzazione, il materiale polverulento inumidito viene ridotto in piccoli grumi in presenza di calcare e poi fuso.

5.

Metodi di raffinazione

Altri processi (tra i quali i più importanti sono la pirometallurgia e la distillazione) sono impiegati negli stadi successivi di lavorazione, per la raffinazione dei vari metalli. Nel processo di elettrolisi il metallo si deposita sul catodo immerso in una soluzione acquosa, oppure in un forno elettrolitico. Rame, nichel, zinco, argento e oro sono alcuni esempi di metalli che vengono raffinati mediante deposizione in soluzione acquosa; alluminio, bario, calcio, magnesio, berillio, potassio e sodio vengono invece trattati nei forni elettrolitici.