CHIMICA sperimentale

Piombo, argento e zinco a Montevecchio

Arrivare a due passi da una miniera senza vedere almeno un minerale utile di scavo è decisamente frustrante.
Fortunosamente, e grazie all'aiuto di una persona, ho potuto evitare questa spiacevole situazione riuscendo a trovare in un sito difficilmente accessibile un paio di rocce fortemente mineralizzate che mi daranno l'occasione di sporcare qualche provetta per dei semplici saggi analitici che coroneranno anche cromaticamente questa piacevole visita alla miniera.

Prima di passare alla parte pratico-ludica dell'esperienza, ripasso (per me soprattutto) alcune nozioni di metallurgia spicciola, che ricalcano le procedure per ottenere i metalli dai loro minerali e che fondamentalmente sono quelle delle tradizioni antiche (a parte lo zinco, che è un metallo di impiego molto "recente").

Spesso i visitatori di una miniera (almeno quelli non del tutto sprovveduti) si chiedono come si fa a estrarre il metallo dal minerale: ecco qualche cenno specificamente per i tre metalli piombo, argento e zinco partendo dai loro minerali PbS (galena) e ZnS (blenda).
 
COME SI OTTIENE IL PIOMBO DALLA GALENA
 
Questo metallo si prepara per via secca ad alta temperatura per arrostimento o per arrostimento/riduzione della galena (che è di gran lunga il principale minerale utile del Pb); un arrostimento parziale con aria porta alla produzione di ossido e solfato, secondo le reazioni:
 
2 PbS + 3 O₂ --> 2 PbO + 2 SO₂
PbS + 2 O₂ --> PbSO₄
 
questi reagiscono poi a temperatura più elevata (800-1000°) con l'eccesso di solfuro dando il metallo:
 
2 PbO + PbS --> 3 Pb + SO₂
PbSO₄ + PbS --> 2 Pb + 2 SO₂
 
Nel processo di arrostimento/riduzione si fanno avvenire preliminarmente le prime due reazioni suindicate, aggiungendo poi alla massa carbone coke, silice SiO2 e calce CaO; la silice dà luogo alla reazione:
 
2 PbSO₄ + 2 SiO₂ --> 2 PbSiO₃ + 2 SO₂ + O₂
 
e contemporaneamente:
 
2 C + O₂ --> 2 CO
PbO + CO --> Pb + CO₂
PbSiO₃ + CaO + CO --> Pb + CaSiO₃ + CO₂
 
Tutto avviene nello stesso forno, con notevole produzione di anidride solforosa SO₂ che viene utilizzzata per altri scopi (acido solforico, ecc.) ed il piombo cola liquido alla base del forno.
Il metallo così ottenuto è impuro per altri elementi eventualmente associati e va raffinato con opportuni procedimenti, che non riporto in questo semplicissimo discorso.
 
 
COME SI OTTIENE L'ARGENTO DAI MINERALI DI PIOMBO ARGENTIFERO
 
Se la galena è argentifera (come ovunque in Sardegna, con un tenore in questo metallo sui 50-300 g/quintale), diventa sfruttabile per l'estrazione anche di argento.
I classici due piccioni con una fava!
Si può separare l'argento dal piombo sfruttando il principio della ripartizione tra due solventi poco miscibili.
Si parte dal fatto che zinco e piombo sono tra loro poco solubili sotto i 400°, mentre sopra i 950° sono completamente intersolubili; però l'argento è assai più solubile nello zinco che nel piombo (in rapporto di circa 3000:1) cosicchè esso può essere estratto dal piombo tramite aggiunta di zinco formando la lega ternaria Pb-Zn-Ag.
Per parziale raffreddamento si formano croste superficiali di zinco/argento che possono essere facilmente separate.
Ma per tirarlo poi fuori dallo zinco? Facile: basta distillare.
Lo zinco volatilizza (ved. in seguito) e rimane un residuo di argento che viene separato dal poco piombo rimasto per coppellazione (in un forno particolare si ossida il piombo a PbO e rimane solo l'Ag metallo).
 
 
COME SI OTTIENE LO ZINCO DALLA BLENDA
 
Il minerale più importante per l'estrazione dello zinco è la blenda che, come tutti gli altri minerali di questo metallo, è associata a minerali di piombo; prima della lavorazione occorre quindi procedere a una separazione preliminare tra blenda e galena (per flottazione, ved. altrove...) per separare i due tipi di minerale.
La blenda così separata viene arrostita in particolari forni in modo da eliminare gran parte dello zolfo e trasformare il minerale in ossido, il quale viene poi ridotto a metallo con coke.
 
2 ZnS + 3 O₂ --> 2 ZnO + 2 SO₂
ZnO + C --> Zn + CO
 
Lo zinco è un metallo facilmente volatile e quando raggiunge una temperatura superiore al suo punto di ebollizione (appena poco più di 900°) viene trascinato nei fumi e separato. 
Lo zinco prodotto con tutti i processi di riduzione con carbonio richiede poi una raffinazione finale per produrre zinco di migliore qualità.
Un processo largamente usato si basa su una vera e propria distillazione frazionata in colonne a riflusso, come si fa per i liquidi.
Una tipica unità consiste di due colonne per piombo seguite da una colonna per cadmio; le colonne per piombo servono per trattenere il piombo e le altre impurità altobollenti e la colonna per cadmio allontana il cadmio e le altre impurità basso bollenti.
Può poi seguire una ulteriore raffinazione elettrolitica.
E così abbiamo ottenuto anche lo zinco, oltre a sottprodotti utili come il cadmio e altri.
 
La prossima volta avremo un incontro ravvicinato con i minerali reperiti in discarica e vedremo di evidenziare qualche metallo ivi contenuto.