Rame puro

È il metallo più utilizzato dopo il ferro. Ha un colore rosso che tende col tempo a diventare
sempre più cupo per effetto dell’ossidazione alla quale è soggetto al contatto con l’ossigeno
dell’aria. Si trova, anche se raramente, allo stato nativo alla superficie dei giacimenti dei suoi
minerali per cui è uno dei metalli più anticamente noti.

Caratteristiche chimiche

Numero atomico 29
Peso atomico 63.57
Valenza 2 e 1
Il rame è solubile in acidi ossidanti ed in ammoniaca. Non è solubile, in assenza di aria, negli
acidi organici per cui può essere utilizzato in cucina in quanto il vapore d’acqua che si forma
durante la cottura dei cibi non lascia arrivare l’ossigeno a contatto del metallo. Non appena
terminata la cottura è però necessario travasare i cibi altrimenti il rame non più protetto dal
vapore, vi si scioglierebbe con conseguenze deleterie.

Caratteristiche fisiche

Peso specifico (rame elettrolitico) 8.92
Punto di fusione 1083°C
Punto di ebollizione 2310°C
Conduttività elettrica di volume a 20°C = 58.00 m / ohm mm2
.
Questo valore viene assunto come unità di misura della conduttività elettrica del rame
commerciale, per cui tale conduttività corrisponde a 100% IACS (Internacional annealed Copper
sample = valore campione internazionale per il rame ricotto) a 20°C. In pratica, per rami
purissimi si possono anche raggiungere valori di conduttività elettrica pari a 101 – 103% IACS.
Il limite massimo teorico è di 103.5% IACS pari a 60.0 m / ohm mm2
le norme stabiliscono che
il rame destinato ad usi elettrici non debba avere conduttività elettrica inferiore di 100% IACS.
La conduttività elettrica del rame è seconda solo all’argento ed è notevolmente influenzata dalle
impurità.
Stante la natura elettronica del movimento dell’elettricità all’interno dei materiali metallici, è
evidente come le impurezze costituiscano degli ostacoli al movimento della nube elettronica
stessa.
Anche l’incrudimento diminuisce la conduttività elettrica anche se non in misura troppo
sensibile. Il massimo incrudimento su di un rame commerciale può infatti portare ad una
diminuzione del 3% della conduttività rispetto al rame ricotto.
Il rame cristallizza nel sistema monometrico e presenta un reticolo cubico facce centrate. È molto
duttile e malleabile, si lascia tirare in fili sottilissimi e riduce in fogli di 0.0026 mm di spessore.
Dopo l’oro e l’argento è il miglior conduttore di calore.
Il rame entra facilmente in lega con una grande quantità di metalli in proporzioni molto ampie.
Quando le aggiunte sono inferiori al 5% (si parla di rami bassolegati, altrimenti di leghe a titolo
elevato.
Il rame puro non è adatto ad essere colato in getti perché poco scorrevole e perché origina
facilmente getti spugnosi.
Si lavora invece per deformazione a freddo con molta facilità. Solo pezzi molto grandi vengono
lavorati fra 650° – 800°C a temperature inferiori (350° – 650°C) o superiori (800° – 900°C) il
metallo diventa fragile.

La lavorazione meccanica provoca incrudimento per cui è necessario farla seguire da una
ricottura a 600°C.

Caratteristiche meccaniche

Il rame ricotto ha le seguenti caratteristiche meccaniche:
R = 21 ÷ 24 Kg / mm2
Hd 40 ÷ 60 Kg / mm2
.
A = 38 ÷ 60 %
Strizione = 55 ÷ 65%.
La resistenza può salire fino a 40 Kg / mm2 per i massimi valori di incrudimento, mentre
l’allungamento può diminuire fino al 3%. La ricristallizzazione inizia fra 200° – 300°C secondo
la purezza e raggiunge i valori ottimali intorno ai 550°C.

Ricottura del rame

È l’unico trattamento termico al quale può essere sottoposto il rame puro ed è applicato sia nel
caso che debba essere detensionato in seguito a lavorazione meccanica, che nel caso in cui si
debba rigenerare la struttura cristallina incrudita da lavorazioni plastiche a freddo (estrusione
laminazione ecc.). Si è già visto che la temperatura migliore è 550°C ed a tale temperatura deve
essere tenuto il tempo minimo indispensabile perché si uniformizzi, dopo di che può essere
raffreddato sia all’aria, sia, ancor meglio in acqua. Se si desidera conservare la brillantezza del
rame è necessario che il ciclo avvenga in atmosfera controllata in forni a tenuta o addirittura
sottovuoto. A tale scopo si possono utilizzare gas puri, ad es. azoto o atmosfere ricavate dalla
combustione “di idrocarburi” più o meno completa (es. esogas).

Metallurgia del rame

I minerali di rame utilizzati per l’estrazione del metallo sono prevalentemente dei solfuri di rame
e ferro (piriti cuprifere).
Più raramente, perché meno frequenti in natura, i minerali di partenza sono ossidi di rame.
Si può affermare che circa l’80% del rame viene ottenuto partendo da minerali solforati, mentre
solo il 15% viene ottenuto da ossidi.
I minerali di partenza sono sempre molto poveri di rame. Le piriti cuprifere hanno normalmente
solo l’1 – 2% di rame.
E’ necessario dunque arricchire il minerale prima di passare al processo metallurgico vero e
proprio, separando mediante flottazione, il solfuro dal materiale inerte o ganga.
Il processo di flottazione consiste nel frantumare e polverizzare il minerale di partenza,
immergendolo poi in soluzioni acquose di sostanze speciali (oli di catrame di pino, la
difeniltiourea per i solfuri oppure acidi grassi, saponi per gli ossidi).
In queste soluzioni si insuffla dell’aria che forma una schiuma abbondante nella quale restano
inglobati i granuli di minerale metallifero, mentre la ganga va a fondo o resta sospesa nell’acqua.
Asportando continuamente la schiuma e filtrandola si ottengono dei minerali arricchiti e quindi
sottoponibili ai processi di elaborazione termica. La separazione mediante flottazione è dovuta
alla maggiore o minore capacità di bagnarsi delle diverse sostanze in presenza di specifici
tensioattivi.
Ad es. i granuli metallici vengono bagnati dagli oli più facilmente che dall’acqua per cui,
ricoperti di una pellicola oleosa aderiscono più facilmente alle bollicine di aria insufflata e
vengono portati in superficie nella schiuma.

Ottenuto un minerale a concentrazione sufficiente si passerà al processo metallurgico vero e
proprio. Tenendo conto della preminenza dei minerali solforati verrà limitato a questi l’esame
dei trattamenti preparatori alla raffinazione.
Lo schema di tali trattamenti può essere così elencato:
• Fusione a metallina che si suddivide in due parti: arrostimento desolforante, fusione
susseguente.
• Conversione della metallina in rame nero (blister) che può essere preceduta da una
Conversione parziale per arricchire la metallina.
• Raffinazione del rame grezzo che può essere termica od elettrolitica.
L’arrostimento preventivo, che non sempre viene effettuato, si realizza in forni o a griglia mobile
o rotativi. Se il tenore di zolfo è inferiore al 40% è necessario scaldare il forno con bruciatori a
malta o carbone.
Le piriti arrostite che devono ancora contenere un tenore di zolfo sufficiente vengono
successivamente fuse in presenza di silice.
Durante questa funzione l’ossido di ferro scorifica come silicato combinandosi con la silice,
mentre il rame meno affine all’ossigeno del ferro resta come solfuro nel bagno. Alla fine di
questo processo durante il quale viene insufflata aria per spingere al massimo la scorificazione
del ferro come ossido gran parte sarà stato eliminato come silicato, mentre quello restante sarà
combinato come solfuro e si troverà mescolato al solfuro di rame.
Questa miscela, che si può indicare chimicamente con la formula Cu2S · n Fe S viene chiamata
metallina ed ha una concentrazione in Cu del 45 ÷ 50%.
La metallina viene “convertita” in rame greggio o “rame nero” in forni che hanno una analogia
con i convertitori Bessumer per acciaio. In questi forni infatti viene insufflata aria nella metallina
fusa ad una altezza tale per cui l’aria gorgoglia attraverso la metallina ma non attraverso il rame
fuso che si raccoglie al fondo del convertitore. Il ferro viene eliminato come ossido che si
combina a silicato con la silice immessa nel ferro, successivamente inizia l’ossidazione dello
zolfo del solfuro di rame con sviluppo di gas SO2 e formazione di rame che si stratifica al fondo.
Il rame così ottenuto ha un titolo compreso fra il 95 e il 97% ed è generalmente impuro per Fe
(0.5 ÷ 1.5%) Pb (0.2 ÷ 1.2%) Zn (0.4 ÷ 1.5%) Ni (0.4 ÷ 0.9%) S (0.6 ÷ 0.8%) con piccole
quantità di Au e Ag.
Questo rame viene colato in lingottiere a forma di piastre e durante la solidificazione sviluppa
bolle di gas SO2 che restano inglobate dando un aspetto spugnoso alla massa. Questo rame viene
chiamato “blister” appunto perché in inglese tale parola ha significato di bolle, vesciche.
Il rame blister non può essere utilizzato perché troppo impuro. E’ necessario procedere quindi
alla raffinazione.
La raffinazione termica del rame nero viene effettuata mediante rifusione del metallo in ambiente
ossidante. Le impurezze in parte si ossidano e scorificano, in parte volatilizzano. Anche parte del
rame si ossida a Cu2O che resta nel metallo. Per eliminarlo è necessario far seguire al periodo
ossidante un periodo riducente. Si introducono allora nel bagno dei pali di legno verde che,
provocando uno sviluppo di gas riducenti, rimescolano il bagno e riducono il Cu2O a Cu.
L’operazione viene ripetuta più volte fino ad ottenere un titolo di 99 ÷ 99.3% in Cu.
Il rame così ottenuto è chiamato “rame rosetta” per purezze superiori si ricorre in genere alla
raffinazione elettrolitica.
Il metallo viene colato in forme che devono fungere da anodi, mentre i catodi sono costituiti da
sottili lamine di rame elettrolitico. L’elettrolita è costituito da solfato di rame in acido solforico.
Si elettrizza con una differenza di potenziale di 0.25 ÷ 0.45 volt, una densità di corrente di 150 ÷
250 Amper / mm2 ad una temperatura di 50°C ÷ 55°C.
Tali parametri vanno accuratamente controllati per evitare che con il rame si depositino al catodo
le impurezze. Il rame così ottenuto ha delle purezze superiori al 99.9%.
Oltre ai processi termici esistono dei processi di estrazione del Cu per via umida. Quasi sempre
si parte da ossidi di Cu che vengono portati in soluzione con acqua od acido solforico diluito; a
volte questa soluzione viene ottenuta direttamente in miniera. Nella soluzione di solfato di rame
comunque ottenuta si immettono dei rottami di ferro. Per la diversa posizione nella serie
elettrochimica degli elementi del ferro e del rame si ha una precipitazione del Cu sul ferro ed il
ferro entra in soluzione come solfato di ferro. Il rame così ottenuto, impuro per ferro, deve essere
sottoposto a raffinazione. Il processo è chiamato “cementazione” ed il rame così ottenuto
“cemento di rame”.

Tratto dal sito http://www.gianottielio.it