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domenica 2 luglio 2017

IL GADOLINIO

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Il gadolinio è un metallo delle terre rare ha aspetto bianco-argenteo, è duttile e malleabile. Cristallizza a temperatura ambiente in una forma a esagonale compatta, scaldato a 1.508 K si trasforma in una forma cristallina ß cubica a corpo centrato.

Nel 1880, il chimico svizzero Jean Charles Galissard de Marignac osservò le linee spettrali del gadolinio in campioni di didimio e di gadolinite. Fu poi il francese Paul Émile Lecoq de Boisbaudran a separare la gadolinia (ovvero l'ossido di gadolinio(III)) dall'ittria di Mosander nel 1886. L'elemento puro è stato isolato solo in tempi relativamente recenti

Come il minerale gadolinite, il gadolinio deve il suo nome al chimico e geologo finlandese Johan Gadolin.

Come ione Gd3+, il gadolinio è un acido di Lewis duro e ennacoordinato, caratteristica che lo rende eccezionalmente affine a basi come H2O ed OH-. La prima rende conto della difficoltà di lavorazione metallorganica dello ione in soluzione, la seconda della sua tossicità: a pH fisiologico e in presenza di fosfati liberi, precipita come idrossido (gelatinoso incolore) e come fosfato (bianco polveroso). I complessi carichi vengono eliminati con le urine, inoltre, non sono in grado di attraversare la barriera ematoencefalica integra, ma solo quando è interrotta o alterata nella sua permeabilità (lesione neoplastiche, demielinizzazioni recenti, flogosi); anche per questo vengono utilizzati come mezzo di contrasto in risonanza magnetica.

La presenza di un centro paramagnetico, influenza i tempi di riallineamento del vettore magnetizzazione dei protoni dell'acqua, la cui risonanza è misurata nella MR a scopo diagnostico. Dal momento che le lesioni neoplastiche sono più ricche di acqua rispetto alle zone circostanti e che il mezzo di contrasto tende a stabilirvisi, qui è generato un segnale più intenso rispetto al tessuto sano.
Sono molti i fattori che influenzano l'efficacia del mezzo di contrasto; essi cambiano la loro influenza sulla relassività dei protoni a seconda della posizione del protone stesso rispetto al centro paramagnetico (sfera interna o coordinazione diretta; sfera esterna o interazioni non covalenti).
Per questo sono stati messi a punto dei leganti azamacrociclici poliamminopolicarbossilici che, con una cinetica lentissima, riescono a complessare 8 dei 9 siti di coordinazione dello ione. Portano però problemi di ingombro sterico, rendendo, talvolta, difficilmente accessibile l'unica molecola d'acqua di coordinazione. Il capostipite è il DOTA (come sale megluminico dell'acido gadoterico), con i suoi derivati liposomiali, come il DOTA.DSA, che hanno una funzione con una doppia coda lipofila, simile a quella dei fosfolipidi.



Un altro tipo di leganti utilizzati sono il DTPA (acido dietilen-triamino-pentacetico o acido pentetico) a formare il Gd-DTPA (sale dimegluminico dell'acido gadopentetico). Dal DTPA si giunge ai suoi derivati, come il MS-325, contenenti una struttura lipofila.

Il gadolinio in natura non si trova allo stato nativo, ma solo combinato in minerali quali la gadolinite, la monazite e la bastnasite.

Viene preparato per scambio ionico ed estrazione in solvente, oppure per riduzione del suo fluoruro anidro con calcio metallico.

Il gadolinio in natura si presenta come una miscela di 5 isotopi stabili, 154Gd, 155Gd, 156Gd, 157Gd, 158Gd, e di due radioattivi, 152Gd e 160Gd. 158Gd è il più abbondante (24,84%).

Del gadolinio sono stati individuati 30 isotopi radioattivi, di cui il più stabile è 160Gd (con un'emivita di 1,3 × 1021  anni), 152Gd (1,08 × 1014  anni) e 150Gd (1,79 × 106  anni). Tutti gli altri hanno emivite inferiori a 74,7 anni e la maggior parte di essi inferiore a 24,6 secondi. Sono inoltre noti 4 metastati, i cui più stabili sono 143mGd (emivita: 110 secondi), 145mGd (85 secondi) e 141mGd (24,5 secondi).

La principale modalità di decadimento per gli isotopi più leggeri di 158Gd è la cattura elettronica con conversione in isotopi dell'europio; per quelli più pesanti è il decadimento beta con conversione in isotopi del terbio.

Nel 2007 i produttori di mezzi di contrasto a base di gadolinio hanno reso noto al personale sanitario importanti revisioni riguardanti la prescrizione di questi prodotti apportate dalla Food and Drug Administration per l'impiego nella risonanza magnetica per immagini (MRI): segnalazioni successiva al loro utilizzo hanno mostrato che l'uso di questi agenti aumenta il rischio di sviluppare una grave condizione medica, chiamata fibrosi nefrogenica sistemica nei pazienti con insufficienza renale grave, acuta o cronica (velocità di filtrazione glomerulare < 30 ml/min/1,73 m²) e nei pazienti con disfunzione renale dovuta a sindrome epato-renale nel periodo perioperatorio del trapianto di fegato.

La fibrosi nefrogenica sistemica conduce ad eccessiva formazione di tessuto connettivo a livello della cute e degli organi interni, è una malattia progressiva e può essere debilitante, con esito talora fatale.

Ad oggi l'FDA, avendo ricevuto la segnalazione di più di 250 casi di fibrosi nefrogenica sistemica dopo somministrazione dei mezzi di contrasto basati sul gadolinio, ha pertanto deciso di inserire nella scheda tecnica di questi prodotti un esplicito avvertimento in tal senso.

Anche l'Agenzia italiana del farmaco, al pari della Food and Drug Administration statunitense, segnala fibrosi nefrogenica dopo somministrazione di gadolinio.

La possibilità di reazioni avverse, acute e non acute, su base tossica diretta (locale, come per stravaso extravascolare, o su particolari organi e apparati, per esempio la nefrotossicità) o idiosincrasica, se pur non frequente è nota da tempo per i mezzi di contrasto iodati usati per le radiografie (TC compresa). Per quanto riguarda gli stravasi va sottolineato che nella maggioranza dei casi sono di lieve entità e temporanei, con eritema e dolore localizzato, in relazione allo stravaso di piccoli volumi; tuttavia in alcuni rari casi lo stravaso di grossi volumi può provocare lesioni gravi come ulcerazioni.

I mezzi di contrasto iodati (che assorbono i raggi X) sono classificati sulla base delle loro caratteristiche fisiche e chimiche. Nella pratica clinica si differenziano sulla base della loro viscosità e osmolarità. Reazioni avverse gravi acute (pochi minuti dopo l’introduzione del contrasto), se pur rare, sono sempre possibili. Benché queste reazioni possano avere le stesse manifestazioni delle reazioni anafilattiche, esse non sono vere reazioni di ipersensibilità IgE mediate. Infatti una sensibilizzazione precedente non è necessaria, né la reazione si ripete sempre nello stesso paziente. Oggi sono preferiti per la minor tossicità composti iodati non ionici a bassa osmolarità, monomeri quali ioexolo , ioversolo, iopromide, iopamidolo o dimeri come iodixanolo.
Per esami di risonanza vengono usati mezzi di contrasto paramagnetici (contenenti gadolinio o manganese) e superparamagnetici (contenenti composti di ferro). I più usati sono quelli contenenti gadolinio. Anche per i mezzi di contrasto paramagnetici contenenti gadolinio è stata segnalata la possibilità di nefrotossicità acuta  come per i composti iodati per radiografia. Inoltre, particolarmente in pazienti nefropatici, dopo esposizione a gadolinio è stata descritta la possibilità di sviluppare una fibrosi sistemica nefrogenica, con alterazioni simil sclerodermiche della pelle, dei tessuti connettivi e di altri organi, talora a evoluzione fatale. Per quest’ultima reazione avversa è stato ipotizzato un rilascio di ioni liberi tossici di gadolinio.

Dal punto di vista della pratica clinica è fondamentale, accingendosi a prescrivere un esame con contrasto per via endovenosa, avere informazioni su eventuali pregresse reazioni avverse (lievi o gravi, acute o subacute, cutanee o generali) avvenute in precedenti esami dopo introduzione di mezzo di contrasto. Non vanno trascurate condizioni patologiche in atto o antecedenti (per esempio asma bronchiale, allergie alimentari o a farmaci) che possono predisporre a reazioni indesiderate. Va sempre raccolta, quando possibile, un’accurata anamnesi farmacologica. Ugualmente importanti sono un attento esame clinico del paziente e la valutazione di alcuni parametri di laboratorio, quali funzionalità renale, epatica, tiroidea, emocoagulativa ed elettroforesi proteica del siero.
Ovviamente la prima considerazione da fare, anche in relazione ai possibili rischi, è la reale utilità dell’esame. Particolari condizioni predisponenti, come una preesistente insufficienza renale, la disidratazione, terapie diuretiche, l’uso di farmaci che possono causare tossicità renale (per esempio FANS o ACE inibitori che vanno sospesi prima dell’esame) devono essere attentamente valutate, soprattutto per la prevenzione (o l’aggravamento) della nefrotossicità. A questo scopo è obbligatorio considerare in ogni paziente che deve essere sottoposto a esame con contrasto per via endovenosa non solo la creatininemia, ma anche il GFR (filtrato glomerulare), che molti laboratori forniscono insieme. Sopra i 60 ml/min il contrasto può essere eseguito con sicurezza, sotto i 30 ml/min è controindicato, così come il contrasto paramagnetico per la risonanza.
Occorre prestare particolare cautela anche per le interazioni con altri farmaci (per esempio metformina da sospendere prima o al momento dell’esame e fino a 48 ore dopo).

Non esistono trattamenti farmacologici certi per la prevenzione della nefropatia da contrasto, sebbene siano state proposte diverse molecole tra cui bicarbonato di sodio, acetilcisteina, calcioantagonisti, teofillina, antagonisti del recettore dell’endotelina. Più importante sembra una accurata idratazione prima dell’esame e la sospensione di farmaci potenzialmente in grado di peggiorare la funzionalità renale.
Reazioni idiosincrasiche acute gravi (per esempio shock, sincope, aritmie cardiache ventricolari, broncospasmo, orticaria) vanno riconosciute e trattate tempestivamente, ricordando che anche il pre trattamento con antistaminici e corticosteroidi nei casi a rischio non fornisce un sicura protezione. In ogni caso è opportuno concordare con il medico interventista, generalmente il radiologo, che effettuerà l’esame la corretta indicazione all’esame contrastografico sulla base delle informazioni cliniche.


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domenica 16 ottobre 2016

ORO

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L'oro è noto e molto apprezzato dagli umani fin dalla preistoria. Molto probabilmente è stato il primo metallo mai usato dalla specie umana (prima del rame) per la manifattura di ornamenti, gioielli e oggetti rituali.

L'oro è citato nei testi egizi (geroglifico nwb/nbw) a partire dal faraone Den, I dinastia egizia, intorno al 3000 a.C. In epoca più tarda (XIV secolo a.C.) nel cuneiforme accadico tipico delle lettere di Tell el-Amarna, il re assiro Ashur-uballit I e il re Tushratta di Mitanni sostenevano che in Egitto l'oro fosse "comune come la polvere" (EA# 16 e EA# 19). L'Egitto e la Nubia avevano infatti risorse tali da collocarli tra i produttori d'oro più importanti delle civiltà della storia antica. L'oro, specialmente nel periodo di formazione dello stato egizio, ebbe sia un ruolo politico sia economico: fu uno degli elementi all'origine della divinizzazione del faraone e della nascita delle città.

L'oro viene spesso citato nell'Antico Testamento. Nella Bibbia, l'Eden è un giardino bagnato da un fiume che si divide in quattro rami: «Il primo… bagna il paese di Avila, dove c'è l'oro; l'oro di questo paese è puro». In Egitto Abramo è ricco d'oro: il suo servitore, incontrando Rebecca, le mette alle narici un anello d'oro, ai polsi dei braccialetti. A Mosè, che guida gli Ebrei fuori dall'Egitto, Yahwè dona un consiglio prezioso:

« Voi non andrete via a mani vuote. Ogni donna chiederà alla sua vicina…degli oggetti d'oro e delle vesti. Voi ne ricoprirete le vostre figlie e i vostri figli. »
Sulla montagna Yahwè non smette di donare all'oro un ruolo importante. Quando ordina a Mosè di costruire l'Arca dell'Alleanza, gli dice:

« Tu la ricoprirai d'oro puro e decorerai il suo bordo con una modanatura d'oro. Fonderai per l'arca quattro anelli d'oro… farai anche dei listelli di legno d'acacia, che rivestirai d'oro… creerai anche una tavola propiziatoria d'oro puro, di due cubiti e mezzo di lunghezza e di un cubito e mezzo di larghezza. Modellerai col martello due angeli d'oro alle estremità della tavola… »
Yahwè chiede a Mosè di costruire un tavolo con modanature e anelli d'oro; i piatti, le coppe, gli acquamanili, le patene per le libagioni, i candelabri: «Li farai di oro puro» dice Yahwè. Anche per la costruzione del Tempio e per i paramenti dei sacerdoti sarà utilizzato l'oro. Yahwè suggerisce inoltre a Mosè dove gli Ebrei avrebbero potuto trovare tanto metallo:

« Dici ai figli d'Israele di donare per me un contributo… in oro… Tutti coloro dai venti anni in su dovranno versare il contributo per Yahwè… »
In seguito gli Ebrei adoreranno il vitello d'oro. Secondo il Libro dell'Esodo il popolo, vedendo che Mosè tardava a scendere dalla montagna, chiede un dio ad Aronne. «Raccogliete gli anelli d'oro che pendono dalle orecchie delle vostre mogli, dei vostri figli e figlie e portateli a me» risponde Aronne. Poi “avendoli ricevuti dalle loro mani”, fa fondere il metallo e modella una statua di un vitello; il popolo acclama: “Ecco il tuo dio, Israele!”.

Davide porta a Gerusalemme le rotelle d'oro che ha conquistato al re di Coba e consacra a Yahwè l'oro di tutte le nazioni che ha soggiogato. Salomone riveste d'oro fino l'interno e l'esterno del Tempio. Nel cantico dei cantici il nome del metallo diviene quasi un motivo musicale.

« Amico mio, noi ti doneremo collane d'oro… il mio amato si distingue fra mille: il suo capo è d'oro puro… le sue gambe sono colonne di marmo su basi d'oro. »

Secondo il Vangelo secondo Matteo, l'oro fu uno dei doni portati dai Magi al Bambino Gesù. Per i cristiani l'oro simboleggia la regalità di Gesù, mentre nel Buddhismo è uno dei sette tesori e viene equiparato alla fede o alla retta convinzione. La sua preziosità era riconosciuta anche nell'antica Grecia:

« L'oro è il figlio di Zeus,
che non tarme nè vermi mangiano.
L'oro scorre dalla sua stessa forza. »
(Dalle odi di Pindaro)
La parte sudorientale del Mar Nero è famosa per le miniere d'oro, sfruttate fin dai tempi di Mida: questo oro fu fondamentale per l'inizio di quella che fu probabilmente la prima emissione di monete metalliche in Lidia, fra il 643 a.C. e il 630 a.C.

L'oro è stato a lungo considerato uno dei metalli più preziosi, e il suo valore è stato usato come base per le valute di molti stati (sistema noto come il Gold standard) in vari periodi storici. Le prime monete d'oro vennero coniate dal re Creso, sovrano della Lidia, nell'Asia Minore occidentale, dal 560 a.C. al 546 a.C.; in particolare l'oro della Lidia proveniva dalle miniere e dalla sabbia del fiume Pattolo (Pactolus). Da queste considerazioni è stato rilevato come le ragioni del valore dell'oro abbiano motivazioni prevalentemente religiose:

« L'oro non appartiene alla mitologia dell'homo faber ma è una creazione dell'homo religiosus; questo metallo cominciò infatti ad assumere valore per motivi di natura essenzialmente simbolica e religiosa. L'oro è stato il primo metallo utilizzato dall'uomo, pur non potendo essere adoperato né come utensile né come arma. Nella storia delle rivoluzioni tecnologiche - cioè nel passaggio dalla tecnologia litica alla produzione del bronzo, poi all'industria del ferro ed infine a quella dell'acciaio - l'oro non ha svolto alcun ruolo. E tuttavia, dai tempi preistorici fino alla nostra epoca, gli uomini hanno faticosamente perseguito la ricerca disperata dell'oro. Il valore simbolico primordiale di questo metallo non ha potuto essere abolito malgrado la desacralizzazione progressiva della Natura e dell'esistenza umana. »
(Mircea Eliade, Arti del metallo e alchimia, Torino, Bollati Boringhieri, 1987, pag. 23)

L’oro e gli altri elementi pesanti si formano alla fine della vita delle stelle di maggiori dimensioni. All’inizio, in tutti i corpi stellari si trovano solo elementi leggeri: idrogeno e elio. Quando questi si fondono, in processi detti di nucleosintesi, nascono elementi più pesanti. Non tutte le stelle, però, riescono a fabbricare oro. Quelle meno grandi bruciano soltanto idrogeno, più leggero, e le diverse combinazioni tra gli atomi danno origine a elio, berillio, litio, boro, azoto, carbonio, ossigeno e fluoro. E neppure quando, esaurito l’idrogeno, la massa si contrae violentemente sul centro (è il “collasso stellare”) si producono pressione e temperatura sufficienti a generare elementi pesanti come l’oro. Nelle stelle più grandi, invece, quando l’idrogeno del nucleo si esaurisce inizia a fondersi l’elio (in questa fase si formano sodio, fosforo, neon, magnesio, silicio). Esaurito l’elio, anche per le stelle maggiori giunge l’ora del collasso. Ma, grazie alla loro elevatissima temperatura, in questa fase producono oro e altri elementi pesanti, come l’uranio. Poi diventano supernove, cioè esplodono e si disperdono nello spazio sotto forma di materiale interstellare, dal quale in seguito si formano altri corpi, per esempio i pianeti.

L'oro è un metallo di colore giallo. Può assumere una colorazione diversa a seconda delle sue leghe: rossa, violetta e nera quando è finemente suddiviso o in soluzione colloidale, mentre appare verde se ridotto a una lamina finissima. È il metallo noto più duttile e malleabile; un grammo d'oro può essere battuto in una lamina la cui area è un metro quadrato. È un metallo tenero e per conferirgli una maggiore resistenza meccanica viene lavorato in lega con altri metalli.

L'oro non viene intaccato né dall'aria né dalla maggior parte dei reagenti chimici. Da sempre la sua elevata inerzia chimica ne ha fatto un materiale ideale per il conio di monete e per la produzione di ornamenti e gioielli. Non si altera con l'ossigeno, l'umidità, il calore, gli acidi e gli alcali caustici, invece può essere ossidato con acqua regia o con soluzioni acquose contenenti lo ione cianuro in presenza di ossigeno o perossido di idrogeno. A contatto con il mercurio si scioglie e forma amalgami.

Si trova allo stato nativo, spesso accompagnato da una frazione di argento (compresa tra l'8% e il 10%), sotto forma di electron (oro e argento naturale). Al crescere del tenore di argento, il colore del metallo diviene più bianco e la sua densità diminuisce.

L'oro si lega con molti altri metalli: le leghe col rame sono rossastre, con il ferro verdi, con l'alluminio violacee, col platino bianche, col bismuto e l'argento nerastre.

Gli stati di ossidazione più frequenti che l'oro assume nei suoi composti sono +1 (sali aurosi) e +3 (sali aurici). Gli ioni dell'oro vengono facilmente ridotti e precipitati come oro metallico per addizione di praticamente qualsiasi altro metallo. Il metallo aggiunto si ossida e si scioglie facendo precipitare l'oro metallico.

È un eccellente conduttore di elettricità, il migliore tra i metalli dopo l'argento e il rame ma, a differenza di questi ultimi, è poco suscettibile ai fenomeni di ossidazione, perciò viene utilizzato per contatti o conduttori di dimensioni microscopiche (in ragione della sua malleabilità).

Per via della sua elevata inerzia chimica, l'oro si trova principalmente allo stato nativo o legato ad altri metalli. Spesso si presenta in forma di granelli e pagliuzze, tuttavia a volte si trovano anche agglomerati piuttosto grossi, detti pepite. I granelli appaiono inclusi in minerali o sulle superfici di separazione tra cristalli di minerali.

L'oro si trova associato al quarzo, spesso in filoni, e ai solfuri minerali. I solfuri cui si associa più spesso sono la pirite, la calcopirite, la galena, la sfalerite, l'arsenopirite, la stibnite e la pirrotite. Meno frequentemente è associato a petzite, calaverite, silvanite, muthmannite, nagyágite e krennerite.

L'oro è distribuito ampiamente in tutta la crosta terrestre, con una concentrazione media di 0,03 ppm (0,03 grammi per tonnellata). Giacimenti di minerali d'oro si trovano nelle rocce metamorfiche e nelle rocce ignee, da cui si formano per dilavamento i giacimenti di oro alluvionale. In quest'ultimo caso è possibile l'estrazione con procedimenti che non impiegano agenti chimici, come il cianuro o il mercurio, e che consentono l'uso della definizione di oro etico.

Le principali fonti dell'oro sono le rocce ignee e i depositi alluvionali. Un giacimento generalmente necessita di qualche processo di arricchimento per poter diventare sfruttabile: un processo chimico o fisico (come l'erosione o lo scioglimento) o un più generale metamorfismo, con cui si concentra l'oro disperso nei solfuri o nel quarzo.

I più comuni giacimenti primari sono detti "filoni" o "vene". I giacimenti primari vengono erosi e dilavati dalle intemperie; l'oro viene trascinato a valle formando depositi alluvionali. Un altro tipo di giacimento è associato a scisti e rocce calcaree sedimentarie, che contengono tracce d'oro e di altri metalli del gruppo del platino, finemente disperse.

Nell'acqua marina, l'oro è presente in concentrazione prossima a 1,3 milligrammi di oro per tonnellata di acqua marina. La quantità totale di oro presente negli oceani è dunque di circa 20 milioni di tonnellate, ma la bassissima concentrazione rende per il momento antieconomica l'estrazione dall'acqua. Nel 2001, si calcola che ci fosse in circolazione una quantità totale di oro pari a 140 000 tonnellate, una quantità che può essere rappresentata, in volume, come un cubo di lato pari a circa 20 metri.

L'estrazione dell'oro dai suoi minerali diventa economicamente conveniente quando la concentrazione del metallo è superiore a 0,5 ppm (0,5 grammi per tonnellata); nelle grandi miniere a cielo aperto la concentrazione tipica è compresa tra 1 e 5 ppm; per i minerali scavati in miniere sotterranee, la concentrazione media è circa 3 ppm. Per essere visibile a occhio nudo in un suo minerale l'oro deve avere una concentrazione di circa 30 ppm; questo spiega perché perfino nelle miniere d'oro è poco frequente vederlo.

L'oro è estratto dai depositi alluvionali per dilavamento e dai minerali rocciosi per metallurgia estrattiva. Spesso la raffinazione del metallo si accompagna alla clorurazione o all'elettrolisi.

Sin dal 1880 il Sudafrica è stato la fonte di circa due terzi dell'oro estratto nel mondo. La città di Johannesburg è stata costruita alla sommità di uno dei più grandi giacimenti del mondo. I giacimenti negli stati sudafricani dell'Orange e del Transvaal sono invece tra le miniere più profonde del mondo. La guerra Boera del 1899-1901 tra i boeri e i britannici fu in parte dovuta ai diritti di sfruttamento e ai contenziosi aperti sulle proprietà delle miniere sudafricane.

Tuttavia, a partire dal 2007, la posizione di predominio del Sudafrica è stata superata dalla Cina, la cui produzione nel 2008 è giunta fino a 260 tonnellate di oro, con un incremento del 59% a partire dal 2001.

Tra gli altri maggiori produttori figurano gli Stati Uniti (principalmente nel Dakota del Sud e in Nevada) l'Australia (principalmente nello stato dell'Australia Occidentale), il Perù e la Russia.

L'oro in Italia si trova in piccole quantità nei fiumi, come il Po e il Ticino. Nelle viscere del Monte Rosa si trova un giacimento superiore a quelli attualmente più produttivi (presenti in Sudafrica). Tuttavia, a causa di problemi ambientali, di sicurezza e di costi, tale oro non è attualmente sfruttato. Tale giacimento fu invece attivamente coltivato fin da epoche antiche (con estrazione di oro da pirite e arsenopirite aurifera) scavando progressivamente oltre 60 km di miniere in galleria (secondo alcune fonti circa 100 km) in Piemonte a Macugnaga, in Valle Anzasca. Tra queste la miniera d'oro della Guia nella frazione Borca, oggi accessibile a visite guidate. L'ultima miniera attiva di Macugnaga, nella frazione Pestarena (in attività probabilmente dall'epoca romana), fu chiusa nel 1961 anche a seguito di un incidente in cui persero la vita 4 lavoratori. Anche in Valsesia fu estratto l'oro del Monte Rosa. Altri piccoli giacimenti sono stati quelli in Val d'Aosta (Arbaz, Challand-Saint-Anselme) e l'ultimo giacimento di oro oggetto di coltivazione in Italia fu quello di Furtei nella provincia del Medio Campidano, chiuso nel 2008. Prospezioni di tipo geofisico hanno dimostrato che l'oro è abbastanza frequente, in bassissime concentrazioni, in varie zone della Toscana, della Sardegna e di altre regioni.

L'Italia è dal 1998 il maggiore trasformatore di oro al mondo, con una media di 450-500 tonnellate lavorate ogni anno.



In passato il Sudafrica era il più grande produttore di oro al mondo, e nel 1970 deteneva il 75 delle riserve mondiali. Il settore minerario divenne un simbolo del paese, produsse ricchezza, attirò immigrati da tutto il mondo, finanziò la costruzione di strade e ferrovie e rese l’economia del Sudafrica la più grande del continente. Oggi le macerie del settore minerario sudafricano sono diventate simbolo di qualcos’altro: di disperazione.
La crescita economica sudafricana è ferma. Il rand, la moneta nazionale, negli ultimi due anni ha perso il 30 per cento rispetto al dollaro. La domanda di minerali dalla Cina, una volta molto forte, è crollata. Le miniere che avevano arricchito così tante persone sono state costrette a chiudere, dopo che le riserve si sono esaurite più velocemente del previsto. Oggi una generazione di sudafricani e migranti poveri entra illegalmente nelle miniere alla ricerca di qualsiasi cosa sia rimasto. Niël Pretorius, CEO di DRDGOLD, la società produttrice di oro che ha chiuso la miniera in cui Jeremiah si intrufola ogni giorno, l’ha definita «una seconda febbre dell’oro».
La miniera si chiama Durban Deep, è stata fondata nel 1896 ed è soprannominata la “Grande Signora”. Era una delle miniere più redditizie del mondo: prima della chiusura nel 2001 produceva oro per un valore di 20 miliardi di dollari l’anno, arrivando a dare lavoro a 18mila persone. Elton John le dedicò una canzone che diceva «Scendendo per due miglia nel cuore di Durban Deep». Le riserve della miniera iniziarono poi a diminuire. L’oro rimasto era così inaccessibile da rendere la sua estrazione troppo costosa e pericolosa, anche per una società importante. La miniera fu chiusa e i suoi tunnel furono sigillati con il cemento. Ora per entrare a Durban Deep bisogna trovare una piccola apertura in superficie, di solito è creata con un’esplosione di dinamite improvvisata. Anche nel periodo in cui la miniera era formalmente attiva, sorvegliata attentamente e messa in sicurezza, la discesa al suo interno era pericolosa. Oggi però il rischio di morire o ferirsi è molto più alto: non viene fatta manutenzione, non esistono attrezzature di sicurezza e non c’è accesso all’ossigeno o controllo da parte delle società minerarie. Nel 2014 in un giorno solo sono morti 21 minatori irregolari. Secondo i minatori ogni settimana a Durban Deep muore almeno una persona, ma non esistono cifre ufficiali.
Tra il 2004 e il 2015 un terzo delle 180mila persone che lavoravano nel settore minerario sudafricano sono state licenziate. Molte sono tornate alle miniere da sole, illegalmente. «Quando chiudi una miniera lasci i minatori senza lavoro: sono le persone che conoscono la miniera, e sanno come entrarci», ha detto Lerato Legong, capo dell’ufficio legale della Camera delle Miniere sudafricana, l’organizzazione che riunisce le società minerarie del paese.

L’industria legale dell’oro sudafricana continua a generare 4 miliardi di dollari in entrate ogni anno. Insieme al platino, al carbone e ai minerali ferrosi rappresenta una fetta importante dell’economia. Ma con il rallentamento della crescita della Cina nel settore edile, anche i prezzi delle materie prime stanno scendendo. L’economia del Sudafrica è in difficoltà, peraltro, non solo per colpa del calo dei prezzi delle materie prime, che rappresentano circa l’otto per cento del PIL del paese. L’industria manifatturiera sudafricana è stata ostacolata dalla carenza di elettricità, mentre il settore agricolo è stato colpito da una siccità di proporzioni storiche. Nonostante l’oro sia un bene tipicamente anti-ciclico (il suo valore cresce in periodi di incertezza economica), le riserve auree sudafricane non sono abbastanza per controbilanciare il calo del prezzo delle altre materie prime. Secondo le statistiche del governo sudafricano la produzione nazionale d’oro è scesa di circa l’85 per cento dal 1980. Il Sudafrica oggi produce solo il 6 per cento dell’oro globale: le esplorazioni recenti hanno reso poco, mentre paesi come il Brasile e la Mongolia hanno trovato nuovi giacimenti. «Le scoperte di giacimenti significativi in Sudafrica impallidiscono di fronte a molti altri paesi: le miniere del paese sono molto vecchie e molto profonde», ha detto un analista della società di servizi finanziari SNL Financial.
Il Sudafrica non si trovava alla prese con una crisi economica di questa portata dall’epoca dell’apartheid, quando le sanzioni internazionali minacciavano l’economia del paese. Gli investitori internazionali criticano da tempo l’operato in campo economico del presidente Jacob Zuma, e sottolineano le storture del paese come la corruzione endemica e la crescita anomala di occupazione nel settore pubblico. I mercati finanziari sono rimasti particolarmente scossi quando lo scorso dicembre Zuma ha sostituito il suo ministro delle Finanze con un politico poco conosciuto, trovandosi poi costretto a fare marcia indietro e nominare Pravin Gordhan, che aveva ricoperto l’incarico nel 2014. Il danno però era già stato fatto.
Secondo la maggior parte degli economisti il debito contratto dal Sudafrica con investitori stranieri sarà presto declassato a livello “spazzatura” dalle agenzie di rating. «I venti contrari stanno ancora soffiando», ha detto Michael Keenan, un economista che lavora per la banca Barclays a Johannesburg. «Credo che la politica abbia una grande influenza sull’andamento delle risorse e sul modo in cui le persone considerano l’economia nel medio e lungo periodo».

L'oro da gioielleria, cioè quello legato a uno o più metalli per aumentarne la rigidità, ha colorazione bianca o rossa, a seconda del tipo di lega (con argento o rame).

L'oro verde è composto al 75% d'oro, al 12,5% d'argento e al 12,5% di rame.
L'oro giallo è composto al 75% d'oro, al 12-7% d'argento e al 13-18% da rame.
L'oro rosa è normalmente composto dal 75% d'oro, al 6,5-5% d'argento e al 18,5-20% da rame.
L'oro rosso è composto al 75% d'oro, al 4,5% d'argento e al 20,5% di rame.
L'oro blu è una lega di oro e di ferro. Un trattamento termico ossida gli atomi di ferro sulla superficie dell'oro e gli dona la colorazione azzurra.
L'oro bianco da gioielleria è composto al 75% da oro, e al 25% da nichel, argento o palladio.
Bisogna notare che il termine "oro bianco" è spesso utilizzato per designare l'oro grigio in bigiotteria. Con la rodiatura, l'oro bianco è ricoperto da un fine strato di rodio, che sparisce per usura, con il tempo, ridando un colore giallo all'oro. È una lega inventata dopo la prima guerra mondiale.
Per la doratura tramite fogli sottili di oro, la lega deve essere il più possibile duttile e malleabile.

L'oro giallo da doratura è composto dal 98,0% d'oro, dall'1,0% d'argento e dall'1,0% da rame. Può anche essere puro.
L'oro rosso da doratura è composto dal 94,5% d'oro e dal 5,5% di rame.
L'oro ½ giallo da doratura è composto dal 91,5% d'oro, dal 6,0% d'argento e dal 2,5% di rame.
L'oro limone da doratura è composto dal 94,5% d'oro e dal 5,5% d'argento.
L'oro grigio da doratura è composto dal 75,5% d'oro, 14,5% di palladio e dal 10,0% d'argento
L'oro bianco francese da doratura ha composizione 20,0% oro e 80,0% argento, altrove in Europa 50,0% oro e 50,0% argento.
Tuttavia ogni gioielliere e battitore d'oro ha le sue leghe, che si scostano leggermente dai valori standard.

I lingotti d'oro talvolta sono oggetto di falsificazione aggiungendo rame alla lega e quindi abbassandone il titolo oppure producendo lingotti totalmente falsi composti da tungsteno ricoperto di un sottile strato d'oro, il tungsteno è un materiale con rapporto peso/volume simile e non distinguibile dall'oro e dal costo nettamente inferiore (circa 40-50 $ al kg).

Benché sia considerato un metallo nobile, perché resistente a molti agenti corrosivi e relativamente inerte dal punto di vista chimico, l'oro può formare diversi composti. Il cloruro aurico (AuCl3) e l'acido cloroaurico (HAuCl4) sono i più comuni tra essi.

Il numero di ossidazione dell'oro nei suoi composti può essere +1 (composti di oro (I)) o +3 (composti di oro (III)). In condizioni drastiche e con reattivi energici, l'oro può anche assumere numero di ossidazione +5 (il pentafluoruro di oro (V) AuF5) e l'insolito (per un metallo) -1. Questi ultimi composti, che contengono l'anione Au- sono detti aururi; sono noti l'aururo di cesio, CsAu, di rubidio, RbAu, e di tetrametilammonio (CH3)4N+Au-.

Altri composti dell'oro noti sono:

gli alogenuri d'oro (fluoruri, cloruri, bromuri e ioduri)
i calcogenuri d'oro (ossidi, solfuri, selenuri, tellururi)
l'idrazide aurosa, AuN2H4, una polvere esplosiva color verde scuro, nota nell'antichità come aurum fulminans.
Gli atomi di oro possono aggregarsi in cluster.

Presente in natura in ben 30 isotopi (da 175Au a 204Au), solo 197Au è stabile. Gli altri sono tutti radioattivi e il più stabile di essi è 195Au, la cui emivita è di 186 giorni.

L'oro puro è troppo tenero, quindi non può essere lavorato normalmente, è indurito legandolo ad altri metalli, in genere rame e argento. L'oro e le sue leghe sono usati in gioielleria, nel coniare monete e sono uno standard di cambio valutario per molte nazioni. Grazie alla sua resistenza alla corrosione e alle sue notevoli proprietà elettriche, ha trovato sempre più spazio in applicazioni industriali. Sono in corso studi sull'utilizzo dell'oro come catalizzatore, infatti, l'oro in forma di nano-particelle disperse su adeguati supporti mostra grande attività catalitica.

L'oro è ampiamente usato in Odontoiatria e in odontotecnica per la realizzazione di: ponti, corone, cappe radicolari, scheletrati per protesi amovo-rimovibili, per ricostruzioni parziali della parte occlusale del dente. Era considerato uno dei materiali per otturazione più sicuri. L'intarsio in oro veniva confezionato in laboratorio e successivamente posizionato, dall'odontoiatra, nella cavità del dente, specificatamente, per otturazioni molto estese grazie alla sua malleabilità, duttilità ed elasticità; garantiva una lunga durata rispetto all'amalgama, utilizzata solo per otturazioni poco estese. Negli ultimi decenni l'oro e l'amalgama sono stati sostituiti da compositi fotopolimerizzanti sia per un fattore estetico, sia per resistenza all'abrasione (paragonabile a quella del dente naturale). L'oro nel cavo orale può assumere delle colorazioni grigio-scuro per la presenza di altre leghe metalliche, stellite, leghe nichel-cromo, leghe al palladio, amalgama. Tale fenomeno viene definito "bimetallismo"; generato per elettrolisi. Nel merito non si riscontrano intollerabilità, riconducibile all'oro, da parte del paziente: è la combinazione di più leghe a determinare quanto detto.

L'utilizzo di oro come agente terapeutico ("crisoterapia") per la cura dell'artrite reumatoide può causare dei segni e sintomi specifici, chiamati crisiasi. Tra gli effetti di rilievo derivati dall'assunzione di composti farmaceutici a base d'oro sono da annoverare i segni dermatologici, in particolare un colorito grigio-bluastro della cute, più accentuato nelle zone esposte al sole e nell'area periorbitaria; a volte l'oro può accumularsi selettivamente nelle unghie, dando un colore giallo alle stesse.

Le aree cutanee delle persone che hanno assunto oro, esposte a Q-switched laser manifestano un colorito grigio-bluastro.

L'oro, come altri metalli (es. rame nella Malattia di Wilson), può andare in accumulo in strutture oculari, visibile con una lampada a fessura.

Interessante notare che, dopo somministrazione per via iniettiva di oro radioattivo, questo tende ad accumularsi nella zona pettorale.

Come gli altri metalli preziosi, l'oro viene quotato al grammo o all'oncia troy. Quando è in lega con altri metalli, si misura la sua purezza. L'unità è chiamata carato (K): 24 carati è l'oro puro. Un altro modo di indicarne la purezza è una grandezza di valore compreso tra zero e uno, con tre cifre decimali, o una frazione in millesimi (18 carati = 18/24 = 0,750 = 750/1000 = 75%). L'oro utilizzato in gioielleria ha una purezza non superiore a 18K, in quanto una proporzione maggiore ne renderebbe impossibile la lavorazione. Per questo motivo il valore dell'oggetto deve essere stimato tenendo conto del metallo con cui l'oro è legato. Un gioiello con 14K d'oro e 6K di platino è più prezioso di uno a 18K d'oro e 6K di rame.

Il prezzo dell'oro è fissato dai mercati; tuttavia, dal 1919, la Borsa di Londra stabilisce due volte al giorno un prezzo di riferimento (il cosiddetto fixing dell'oro) alle 10:30 e alle 15:00 (ora di Londra). Fino a ottobre 2014 il prezzo veniva fissato dai cinque mercanti più rilevanti del mondo per lo scambio di oro fisico (in inglese "the Club of Five"): Bank of Nova Scotia Mocatta, Barclays Bank., Deutsche Bank, HSBC Bank USA e Société générale. Da novembre 2014, il processo di fissazione del prezzo (fixing) è stato affidato a Ice Benchmark Administration (Iba) che ha superato la concorrenza del London Metal Exchange e del duo Cme Group-Thomson Reuters (che invece gestirà il nuovo fixing dell'argento).

Storicamente l'oro è stato impiegato per supportare le valute in un sistema economico basato sul gold standard, in cui il valore di ogni valuta è stabilito equivalente a una certa quantità di oro. Come parte di questo sistema, i governi e le banche centrali tentarono di controllare il prezzo dell'oro, fissandone le parità con le valute. Per un lungo periodo (dal 1789 al 1933) gli Stati Uniti fissarono il prezzo dell'oro a 20,67 $/ozt (pari a 0,66456 $/g) – salvo lievi oscillazioni in tempo di guerra – che poi elevarono a 35 dollari/oncia (pari a 1,12527 $/g) nel 1934. Nel 1961 mantenere questo prezzo era diventato arduo; le banche centrali degli Stati Uniti d'America e dell'Europa cominciarono a coordinare le loro azioni per mantenere il prezzo stabile contro le forze di mercato.

Il 17 marzo 1968 le circostanze economiche causarono il fallimento di questi sforzi congiunti; venne introdotto un doppio regime, che fissava il prezzo dell'oro a 35 dollari/oncia per le transazioni valutarie internazionali, lasciandolo però libero di fluttuare per quanto concerneva gli scambi tra privati. Questo doppio regime fu abbandonato nel 1971, quando il prezzo dell'oro fu lasciato libero di variare in accordo alle leggi di mercato. Le banche centrali possiedono ancora oggi riserve auree a garanzia del valore delle proprie valute, anche se il volume globale di queste riserve è andato via via calando (causa la progressiva coniazione di moneta in assenza di controvalore aureo o di qualunque altro metallo).

Dal 1968 il prezzo dell'oro sui mercati ha subito ampie oscillazioni, con un record di oltre 1 900 $/ozt (oltre 60 $/g) nell'agosto 2011 e un minimo di 252,90 $/ozt (8,131 $/g) il 21 giugno 1999 (fixing di Londra). Il prezzo è salito a 420 $/ozt (13,503 $/g) nel 2004 a causa della svalutazione del dollaro statunitense; il prezzo dell'oro in altre valute (ad esempio l'euro) ha subìto nello stesso periodo un aumento inferiore, comunque consistente, al 10% dalla quota di 330 euro/oncia (10,6 €/g).

L'oro costituisce a volte parte di un investimento finanziario difensivo (bene rifugio per la tutela del capitale), data la stabilità a lungo termine del suo valore commerciale e la sua sostanziale scorrelazione rispetto all'andamento del mercato azionario e obbligazionario; per questa sua stabilità, la speculazione sull'oro diventa particolarmente appetibile quando viene meno la fiducia in una valuta e quando il valore di una valuta è soggetto a iperinflazione. Il prezzo dell'oro è anche alla base di futures con cui si specula sul suo ipotizzato valore futuro. Dall'elezione di Bush a Presidente degli Stati Uniti d'America il prezzo di un'oncia è salito da 200 dollari a 540 dollari. Il valore dell'oro è fortemente influenzato dall'offerta, per cui la sua estrazione è ponderata attentamente: incrementarne la produzione potrebbe significare farne crollare il prezzo.

Il prezzo massimo raggiunto dall'oro, tenuto conto dell'inflazione, può essere considerato quello raggiunto il 21 gennaio 1980 (circa 850 dollari/oncia), corrispondenti a quasi 2 000 dollari/oncia col potere d'acquisto del 2008.

Per via del suo uso come riserva valutaria, nella storia a volte il possesso privato dell'oro è stato regolamentato o bandito.

Negli Stati Uniti il possesso privato di oro, eccezion fatta per la gioielleria e il collezionismo numismatico, fu illegale dal 1933 al 1975.
In Italia, Grecia e Spagna, unici tra i Paesi Europei, il possesso di oro era consentito solo agli istituti bancari.
In Italia poteva essere detenuto solo oro lavorato, monete auree o lingottini semilavorati con peso massimo di 100 grammi. Con il Decreto nº 7 del 2000, in recepimento della Direttiva 98/80/CE, è stato aperto in tutta Europa (anche ai privati) il possesso di oro fino.



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sabato 22 agosto 2015

IL MERCURIO



Il mercurio era già noto in tempi antichi in Cina e India; fu anche rinvenuto in tombe dell'Antico Egitto risalenti al 1500 a.C. In Cina, India e Tibet si riteneva che il mercurio prolungasse la vita, curasse le fratture e aiutasse a conservare la buona salute. Si narra che il primo imperatore della Cina, Qin Shi Huang Di, sia impazzito e quindi morto per l'ingestione di pillole di mercurio che nelle intenzioni avrebbero dovuto garantirgli vita eterna. Gli antichi greci e romani lo usavano negli unguenti e come cosmetico.

Per gli alchimisti, il mercurio era spesso visto come uno degli elementi primordiali che costituiscono la materia; la parola indù per "alchimia" è rasavatam che significa letteralmente "la via del mercurio"; si riteneva che cambiando il tipo e tenore di zolfo, il mercurio poteva essere trasformato in qualsiasi altro metallo, in special modo l'oro.

L'elemento prese il nome del dio romano Mercurio per via della sua scorrevolezza e mobilità. Dal termine hydrargyrum derivano idrargirismo, intossicazione cronica da mercurio e idrargirite, minerale più noto col nome di calomelano.

Il mercurio è un elemento raro nella crosta terrestre, presente in ragione di solo 0,08 ppm. Tuttavia, a causa di una sua relativa inerzia nel combinarsi con gli altri elementi chimici della crosta terrestre, i suoi minerali sono particolarmente ricchi, arrivando a contenere mercurio fino al 2,5% (persino i giacimenti più poveri hanno una concentrazione di mercurio dello 0,1%, 12 000 volte maggiore della concentrazione media). Ciò fa del mercurio uno dei metalli meno onerosi da purificare. È abbastanza certo che le ultime miniere di mercurio sfruttabili siano state scoperte in Algeria a metà degli anni settanta; da allora la produzione mondiale annua di mercurio è scesa da 9 000 tonnellate all'anno alle attuali 1 600 tonnellate all'anno.

Si trova raramente come metallo nativo e più spesso nel cinabro, nella corderite, nella livingstonite e in altri minerali. Il cinabro (chimicamente solfuro mercurico, HgS) è il più comune di essi. Il metallo è estratto per arrostimento del cinabro in aria e successiva condensazione dei vapori.

I maggiori produttori odierni sono la Spagna, il Kirghizistan, la Cina e il Tagikistan. Dalle miniere di Huancavelica, in Perù, sono state estratte nel corso di tre secoli oltre 100 000 tonnellate di metallo, sin dall'apertura delle miniere nel 1563. Il mercurio peruviano fu essenziale per la produzione dell'argento nelle colonie spagnole d'America. Vi sono indizi che miniere di cinabro erano attivamente sfruttate in Cina, in Asia Minore, in Perù già due o tre millenni fa.

Molte delle miniere che in Italia, Slovenia, Stati Uniti e Messico contribuivano alla maggior parte della produzione mondiale sono oggi esaurite o comunque non più coltivate in quanto antieconomiche. L'Italia, per esempio, con le miniere del Monte Amiata e alcuni giacimenti in Alta Versilia nella zona di Levigliani e Retignano (Toscana) (e fino al 1943 di Postumia) ha avuto fino agli anni cinquanta del secolo scorso un ruolo predominante nella produzione del mercurio. Oggi esiste un museo minerario ad Abbadia San Salvatore, paese dove avveniva in prevalenza l'estrazione del mercurio dal suo minerale (cinabro) mentre un altro museo minerario si trova a Santa Fiora. Il Museo delle Miniere di Mercurio del Monte Amiata a Santa Fiora, situato al piano terreno del Palazzo Sforza Cesarini, ripropone le vicende legate all'attività mineraria tra Ottocento e Novecento e fornisce ampia documentazione sulle tecniche di estrazione sin dai tempi più antichi, sugli strumenti usati e sui siti minerari dell'intera zona.

È appena più viscoso dell'acqua e pesantissimo, con peso specifico da 13,5584 a 15 ºC; è pochissimo comprimibile e presenta conducibilità termica ed elettrica molto basse per un metallo. Ha una solubilità molto piccola ma non del tutto trascurabile nell'acqua, che a 20 ºC ne discioglie ca. 0,02 mg/l, e una solubilità più elevata in alcuni solventi organici, come per esempio l'esano. A sua volta il mercurio discioglie la maggior parte dei comuni metalli, eccetto però il ferro e il nichel, formando gli amalgami. Dal punto di vista chimico il mercurio rientra tra i metalli nobili e viene attaccato solo dagli acidi ossidanti, come l'acido nitrico concentrato e l'acido solforico concentrato e caldo. L'ossigeno atmosferico a temperatura ambiente in pratica non attacca il mercurio, mentre a 300 ºC lo trasforma abbastanza rapidamente nell'ossido rosso HgO.




Il mercurio viene utilizzato nell'industria chimica e in quella farmaceutica per la preparazione di prodotti vari (vernici, insetticidi, disinfettanti, esplosivi, ecc.); nell'industria elettrotecnica ed elettrochimica per la costruzione di lampade a vapori di mercurio, raddrizzatori, interruttori, pile campione (pila Weston), elettrodi standard di riferimento; nel processo elettrochimico di fabbricazione del cloro e della soda caustica. In metallurgia è stata sfruttata la proprietà del mercurio di sciogliere altri metalli formando gli amalgami per l'estrazione dell'oro e dell'argento dai loro minerali. Altri usi di questo metallo sono la costruzione di apparecchi scientifici di vario genere come termometri, barometri, pompe per alto vuoto a diffusione di vapori di mercurio, ecc.

L'impiego terapeutico dei composti di mercurio risale a epoche antichissime. Nella medicina greca e romana erano largamente usati unguenti e pomate a base di mercurio contro le malattie della pelle. Per molti secoli il mercurio è stato l'unico rimedio di una certa efficacia contro la sifilide (per l'elevata sensibilità dei treponemi al mercurio), anche se le dosi richieste per combattere tale malattia provocavano molto spesso avvelenamenti gravissimi nel paziente. Il mercurio è infatti un potente veleno protoplasmatico: sotto forma di ione bivalente esso si fissa tenacemente sui gruppi sulfidrilici degli enzimi e delle proteine strutturali della cellula, determinando fenomeni di denaturazione e alterazioni morfologiche e funzionali diverse, secondo la sede di applicazione, la dose e il tipo di composto mercuriale. Gli elementi più sensibili all'azione del mercurio sono le cellule epiteliali, in particolare quelle della mucosa orale, faringea e gastrica, l'epitelio dei tubuli renali, gli epatociti e gli elementi epiteliali della cute. La combinazione del mercurio con le proteine protoplasmatiche è difficilmente reversibile e ha pertanto significato essenzialmente tossicologico, anche se talora può essere sfruttata a fini terapeutici. In complesso, le attività farmacologiche del mercurio e dei suoi derivati organici e inorganici si possono così riassumere: azione disinfettante e antiparassitaria locale, ottenuta mediante numerosi mercuriali organici e inorganici, alcuni dei quali (per esempio mercurocromo) sono poco tossici per gli organismi superiori; la sua attività antimicrobica si riduce però al contatto con qualsiasi materiale proteico; azioni antiluetica, purgativa, diuretica che favorirono in passato l'uso difarmaci mercuriali nonostante la loro tossicità. Ormai il mercurio ha perduto quasi tutta la sua importanza terapeutica; per contro esso va acquistando crescente interesse dal punto di vista tossicologico. Gli avvelenamenti acuti con mercuriali, che avevano un tempo quasi sempre origine iatrogena, oggi sono generalmente accidentali o suicidiari. L'ingestione di 0,5 g di mercurio ha, nella maggior parte dei casi, conseguenze mortali. La tossicità dei derivati organici è dalle tre alle cinque volte inferiore rispetto a quella del metallo. Introdotto per bocca, il mercurio provoca massive lesioni a carico del cavo orale, del faringe e della mucosa dello stomaco, a cui si accompagnano vomito, emorragie, dolori addominali violenti, collasso e la morte per peritonite acuta conseguente alla perforazione gastrica o intestinale. Se il decorso dell'avvelenamento non ha carattere fulminante, alle manifestazioni gastro-enteriche si sovrappongono disturbi neurologici e sintomi di insufficienza renale, con conseguenze quasi sempre letali. L'intossicazione cronica con mercurio è una malattia professionale, nota come idrargirismo, a cui sono esposti gli operai addetti alla lavorazione del metallo, i minatori, gli addetti alla lavorazione delle pelli o alla fabbricazione di termometri, di apparecchiature elettriche, di specchi, ecc. I rischi dell'esposizione sono accentuati dall'elevata volatilità del mercurio metallico e dalla sua tendenza a penetrare nell'organismo anche attraverso la cute integra. L'avvelenamento mercuriale cronico si manifesta con sintomi caratteristici: stomatite, salivazione abbondante, comparsa di un orlo nerastro sul margine delle gengive, disturbi visivi. Compaiono in seguito alterazioni della funzionalità renale, anemia, deperimento, disturbi digestivi, tremori tipici delle labbra, della lingua e degli arti superiori, disturbi psichici. Inoltre è stata segnalata con crescente frequenza l'intossicazione mercuriale cronica di origine alimentare, correlata con l'inquinamento delle acque da parte del metallo e di un suo derivato organico, il metilmercurio. Il mercurio degli scarichi industriali, una volta immesso nelle acque dei mari, dei fiumi o dei laghi, si deposita sui fondali, dove viene concentrato nei tessuti di piccoli organismi, nelle alghe, nei batteri, ecc., fino a 200-300 mila volte. Alcune specie dei suddetti organismi hanno la proprietà di trasformare il mercurio metallico in metilmercurio, il quale attraverso la catena alimentare passa nei tessuti dei pesci di cui si nutre l'uomo, raggiungendo concentrazioni che possono produrre gravissimi avvelenamenti. È stato osservato che l'intossicazione mercuriale cronica di origine alimentare (oggi detta anche “malattia di Minamata”, dalla località giapponese dove fu studiata) può provocare anche gravi alterazioni a carico del patrimonio genetico dell'individuo, ed essere responsabile di malformazioni congenite nei nati da genitori clinicamente sani, apparentemente non colpiti dalla intossicazione. Il fenomeno dell'inquinamento marino con metilmercurio ha acquistato rilevanza mondiale, dato che in molte parti del globo vengono segnalati valori talora vicini ai livelli di guardia. Come soglia di rischio per i pesci d'acqua dolce si considera una presenza di 0,05 µ/l; per quelli di mare 0,1 µ/l. Secondo la legge italiana il livello massimo di mercurio ammissibile nelle acque dolci superficiali da utilizzare per la produzione di acqua potabile è di 0,0005 mg/l; la concentrazione massima nei molluschi destinati all'alimentazione è di 0,7 ppm. L'immissione nell'atmosfera di vapori di mercurio, o di rifiuti che lo contengono, contribuisce ad aumentarne la concentrazione, il cui livello naturale è di meno di 0,1 µ/m3. Il contenuto di mercurio nel carbone (1 ppm), può essere una fonte non trascurabile di inquinamento. Tutti i rifiuti che contengono mercurio sono considerati tossici e nocivi.



La cronaca riporta regolarmente in auge la questione delle otturazioni dentarie, composte di numerosi elementi chimici, come l’argento, lo stagno, il rame, lo zinco, il palladio (e non il piombo come si è sempre creduto) e infine il mercurio. Questo viene impiegato per l’indurimento della pasta che sanerà il dente cariato e, vista la nota tossicità dell’elemento, il suo uso è stato soggetto a numerose critiche da parte dell’opinione pubblica. Sebbene l’Organizzazione Mondiale di Sanità abbia definito la tossicità dell’elemento chimico mercurio, ad oggi non ci sono prove scientifiche attestanti che le amalgame usate in odontoiatria siano pericolose. Il motivo? I medici affermano che Il mercurio delle amalgame si presenta in forma “stabile”, termine che in chimica indica che l’elemento incriminato è reso atossico: sebbene ci sia ancora qualche dubbio in materia, l’OMS non si è pronunciata in merito ad un divieto nell’utilizzo del mercurio in questi casi.

È curioso però osservare come in generale la comunità scientifica internazionale smentisca le voci che assicurano gravissimi danni alla salute a causa delle amalgame dentarie, mentre naturopati ed  esperti in omeopatia siano in allarme da anni. Ad ogni modo, solo le persone il cui lavoro implica il contatto con il mercurio dovrebbero preoccuparsi: solo dosi massicce di questo elemento sono davvero nocive per la salute, se non addirittura fatali (dai 100 ai 500mg/die).



LEGGI ANCHE : http://marzurro.blogspot.it/2015/08/pesce-tossico.html




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martedì 7 luglio 2015

IL RAME

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Il rame è il metallo che l'umanità usa da più tempo: sono stati ritrovati oggetti in rame datati 8700 a.C. I pelasgi lo chiamavano pacur (o bacur). Il suo nome italiano invece deriva dal latino parlato aramen (parola già attestata nel 950) per il tardo aeramen, un derivato della voce latina aes che significa "rame" o "bronzo", nomi conservati in altre lingue di origine indoeuropea.

Solo più tardi viene sostituito (Plinio) dalla parola cuprum, da cui deriva il simbolo chimico dell'elemento. In epoca romana la maggior parte del rame era estratta dall'isola di Cipro, realtà che veniva sottolineata con il termine aes Cyprium, "rame o bronzo di Cipro".

In epoca romana infatti non si faceva differenza tra il rame puro e il bronzo, la sua lega più importante ottenuta con l'aggiunta di stagno.

Il rame era già noto ad alcune delle più antiche civiltà di cui abbiamo testimonianze, la storia del suo impiego si stima vecchia di almeno 10 000 anni.

Un pendente in rame nativo datato attorno al 9500 a.C. è stato trovato in una grotta dei monti Zagros, in Iraq. In Turchia sono stati ritrovati altri oggetti in rame risalenti al 7000 a.C. Segni di attività del raffinamento del rame a partire dai suoi ossidi minerali (la malachite e l'azzurrite) risalgono al 5000&nbsp:a.C., mille anni prima di quelli relativi all'uso dell'oro.

Manufatti in rame e bronzo di origine sumera sono stati trovati in siti di città risalenti al 3000 a.C. ed alla stessa epoca risalgono pezzi prodotti con lega di rame e stagno dagli antichi egizi. Una piramide ospita un sistema di tubi di scarico in lega di rame vecchia di circa 5000 anni. Al museo Statale di Berlino si può vedere il primo tubo di rame per l'acqua risalente al 2750 a.C. L'uso del rame nella Cina antica risale al 2000 a.C., la cui produzione di bronzo raggiunge l'eccellenza attorno al 1200 a.C.

In Europa, l'uso del rame è confermato dal ritrovamento dell'uomo del Similaun (noto anche come Ötzi), il fossile di un uomo risalente al 3200 a.C. rinvenuto sulle Alpi, la cui ascia ha una punta costituita da rame puro al 99,7%. L'elevato tenore di arsenico trovato nei suoi capelli fa presumere che tra le attività dell'uomo rientrasse anche quella di produrre il rame. Verso la fine del III millennio a.C., a Saint-Véran (Francia) era nota la tecnica per staccare un pezzo del minerale, batterlo e scaldarlo presso una miniera di rame ad un'altitudine di 2500 metri. I reperti storici recuperati, risalenti ad una fase avanzata dell'Età del bronzo (inizio II millennio a.C.), comprendono ugelli in ceramica e strutture in pietra a secco, interpretabili come un forno metallurgico preistorico.

L'uso del bronzo, lega di rame e stagno, è stato talmente diffuso nella storia da dare il nome ad uno stadio dell'evoluzione della civiltà umana: l'età del bronzo. Il periodo di transizione tra il precedente neolitico e l'età del bronzo è chiamato calcolitico ed è contraddistinto dalla compresenza di utensili in pietra ed utensili in rame.

L'ottone, una lega di rame e zinco, era già noto agli antichi greci e fu ampiamente utilizzato dai romani.

Il rame è stato associato alla dea Venere nella mitologia e nell'alchimia per via del suo aspetto lucente, del suo uso nella produzione di specchi e per la sua principale zona estrattiva, l'isola di Cipro. Il simbolo usato dagli alchimisti per rappresentare il rame è identico a quello impiegato dagli astrologi per rappresentare il pianeta Venere.

II rame è il miglior conduttore dell’elettricità dopo l’argento, ma ovviamente è di gran lunga il miglior compromesso tra le caratteristiche tecnologiche e i costi da sostenere. Oltre a considerazioni sui costi e sulla conduttività elettrica, il rame è apprezzato per la sua duttilità, robustezza, resistenza al creep e alla corrosione. E’ quindi possibile ottenere fili molto sottili, compatibili con tutti i moderni materiali isolanti, per esempio gli smalti, utilizzati negli avvolgimenti. Inoltre è sufficientemente forte e flessibile da sopportare avvolgimenti molto stretti senza rompersi.

La generazione, la trasmissione e l'uso dell'energia elettrica in maniera efficiente è reso possibile dal rame, per questo si trova negli apparecchi intorno a noi: TV, lettori DVD, iPad, lampade, cellulari, lavatrici, frigoriferi, computer, automobili, bus,ecc....

Il rame impiegato nelle automobili e in tutti gli altri veicoli è molto più di quanto si creda,una automobile media contiene circa un km di cavi, che servono a trasportare l'elettricità dalla battera alle luci, a computer di bordo, al sistema di navigazione, alla chiusura elettrica dei finestrini, al sistema di bloccaggio delle portiere. I motori elettrici presentano avvolgimenti con fili di rame.

Il rame è il miglior conduttore di calore dopo l’argento: pertanto offre il miglior compromesso tra caratteristiche tecnologiche e il risparmio economico. La sua conduttività è circa 30 volte più alta dell'acciaio inox e 1,5 dell'alluminio.  Anche per questo motivo il rame è il materiale di gran lunga più apprezzato per gli impianti che trasportano fluidi caldi: come negli scambiatori di calore, nei pannelli solari, nel riscaldamento civile (ad esempio nei pannelli radianti); il rame non teme improvvisi innalzamento della temperatura, poiché fonde a 1083°C: l’acqua bollente non lo rammollisce! Oltretutto il suo basso coefficiente di dilatazione termica dà meno problemi alle strutture murarie e lo avvantaggia rispetto ad altri materiali alternativi.

Il rame è un metallo rosato o rossastro, di conducibilità elettrica e termica elevatissime, superate solo da quelle dell'argento; è molto resistente alla corrosione (per via di una patina aderente che si forma spontaneamente sulla superficie, prima di colore bruno e poi di colore verde o verde-azzurro) e non è magnetico. È facilmente lavorabile, estremamente duttile e malleabile, ma non è idoneo a lavorazioni con asportazione di truciolo, perché ha una consistenza piuttosto pastosa; può essere facilmente riciclato e i suoi rottami hanno un alto valore di recupero; si combina con altri metalli a formare numerose leghe metalliche (si calcola che se ne usino almeno 400), le più comuni sono il bronzo e l'ottone, rispettivamente con lo stagno e lo zinco; tra le altre, anche i cupronichel e i cuprallumini (detti anche bronzi all'alluminio). I suoi impieghi possono essere per motori elettrici, rubinetti in ottone e per campane di bronzo.

Inoltre il rame è batteriostatico, cioè combatte la proliferazione dei batteri sulla sua superficie.

I due più comuni stati di ossidazione del rame sono +1 (ione rameoso, Cu+) e +2 (ione rameico, Cu2+). Due esempi sono il suo ossido di rame(I) (Cu2O) ed ossido di rame(II) (CuO).

Esistono inoltre due stati rari di ossidazione, +3 e +4 che formano ioni detti cuprati dove il rame(III) o il rame(IV) coordinano atomi più elettronegativi andando a formare ioni come [CuO2]− (dove il rame ha valenza +3), [CuF6]2- (Dove il rame ha valenza +4), i cui sali sono solitamente usati per magneti superconduttori (YBa2Cu2O7) e sali complessi (Cs2CuF6), oltre a composti organometallici (R2[Cu+3]−) osservabili all'interno di alcune proteine.

Esistono due isotopi stabili del rame, 63Cu e 65Cu: tutti gli altri sono instabili e molto radioattivi. Gran parte di essi ha una emivita di un minuto o meno; il meno instabile è il 64Cu, con semivita di 12,7 ore, che può decadere in due modi diversi dando vita a due prodotti separati.

Gli ossidi stabili del rame sono due, l'ossido di rame(II) (o ossido rameico) CuO e l'ossido di rame(I) (o ossido rameoso) Cu2O. Gli ossidi di rame sono impiegati nella produzione dell'ossido misto di ittrio, bario e rame (YBa2Cu3O7-δ), abbreviato in YBCO, che è la base di molti superconduttori non-convenzionali. Gli unici idrossidi del rame sono il Cu(OH)2 ed il Cu2(OH)3Cl.

I sali di rame(II) hanno un tipico colore verde-azzurro; la reazione con l'anidride carbonica atmosferica produce il carbonato di rame(II), responsabile della patina verde che copre i tetti e le superfici di rame esposte all'aria.

Tra gli altri composti si annovera il solfato di rame(II), noto anche come verderame ed usato come fungicida in viticoltura.

Il rame si trova quasi sempre sotto forma di minerali e molto più raramente allo stato nativo sotto forma di pepite. Le principali miniere sono situate lungo la Cordigliera delle Ande e le Montagne Rocciose: i principali Paesi estrattori sono il Cile, il Perù, gli Stati Uniti, l'Indonesia, l'Australia; altre importanti miniere si trovano in Papua Nuova Guinea, Zambia, Canada, Paesi ex-URSS, Polonia e Finlandia.

Alcune tra le principali miniere sono a cielo aperto. Le rocce che contengono rame hanno un tenore che varia tra lo 0,6 e il 2,0% in peso di rame; i minerali sono a base di zolfo come la calcopirite (CuFeS2), la bornite (Cu5FeS4), la calcocite, la covellite (CuS); o di ossigeno come la cuprite (Cu2O), la malachite e l'azzurrite.

I giacimenti minerari fornitori di rame sono del tipo "porphyry copper". Questi tipi di giacimenti sono legati all'intrusione, nella parte più superficiale della crosta terrestre d'immensi plutoni magmatici di composizione granitica. Il tenore di rame nella roccia è molto basso (inferiore a 1%) ma la quantità di roccia lavorabile è elevatissima (superiore al miliardo di tonnellate). Le miniere di rame sono tra le più impressionanti al mondo, la più grande produzione avviene nella Miniera di Bingham Canyon negli Stati Uniti, e la più grande si trova in Cile, la miniera a cielo aperto (open pit) di Chuquicamata. Vanno ricordati inoltre i giacimenti della Penisola di Keweenaw, nella Penisola superiore del Michigan (USA).

L'Italia non è un paese ricco di rame, però le miniere, tutte medio piccole, sono presenti su tutto il territorio dello stato. Solitamente in queste cave il rame era in sottili venature, e i minerali estratti non ne contenevano molto. È ben da ricordare che le miniere di rame, come tutte le altre, hanno da sempre influenzato la vita dei minatori e delle persone che vivevano nella zona.

Dopo l'estrazione in miniera, i minerali vengono frantumati e macinati per ottenere una granulometria adatta agli stadi successivi, in cui si separano gli inerti dalle frazioni ricche in rame. Attraverso la flottazione le polveri emulsionate con liquidi tensioattivi vengono immesse in grandi vasche dalle quali si asporta lo strato schiumoso superficiale, ricco in rame ancora legato allo zolfo. Si ottengono quindi dei fanghi, i quali vengono asciugati e concentrati nei passaggi successivi: dapprima meccanicamente (concentrazione) e poi termicamente (arrostimento).

Nel forno, attraverso insufflaggio di aria o ossigeno, si ottiene la formazione di SO2 gassosa che si separa dal metallo liquido; contemporaneamente l'aggiunta di silicio permette l'eliminazione del ferro presente: la scoria, composta da silicati, galleggia e viene asportata. La raffinazione termica prosegue attraverso ulteriore insufflaggio di ossigeno o aria; poiché si ossida parzialmente anche il bagno, si procede con il pinaggio, che consiste nell'inserire un tronco verde di pino che, bruciando, sprigiona gas riducenti e vapore.

Per ottenere la massima purezza del rame, è necessario fare una raffinazione elettrolitica: il rame ottenuto viene dissolto in una vasca contenente una soluzione conduttrice e viene depositato selettivamente su un catodo: i metalli meno nobili presenti restano in soluzione, quelli più nobili precipitano. I catodi ottenuti sono costituiti da rame puro al 99,95%, in lastre di 96×95×1 cm³, dal peso di circa 100 kg; sono una materia prima commerciabile nelle borse merci di New York, Londra e Shanghai. La specifica chimica per il rame elettrolitico è ASTM B 115-00. Il rame elettrolitico così ottenuto non è ancora pronto per essere lavorato direttamente, deve essere rifuso per farne billette, placche o vergelle, da cui si ottengono per lavorazione plastica i vari semilavorati come fili, tubi, barre, nastri, lastre, ecc.

Bisogna aggiungere che una percentuale sempre più consistente di rame viene estratto dalle miniere sfruttando le biotecnologie. Le rocce contenenti il minerale, infatti, vengono messe in vasche nelle quali viene pompata acqua arricchita di batteri, i thiobacillus ferroxidans e i thiobacillus thiooxidans. Questi microrganismi ossidano il solfuro di rame (insolubile in acqua) trasformandolo in solfato (solubile), ottenendo energia per le loro funzioni vitali. Questo sistema permette un notevole risparmio di energia rispetto all'estrazione tradizionale (fino al 30%) e non libera in atmosfera gas nocivi.

Il rame, puro e ridotto in fili, trova la sua maggiore applicazione per la produzione e l'utilizzo dell'energia elettrica (ma non per il trasporto: i cavi sospesi degli elettrodotti a media ed alta tensione non sono di rame ma di alluminio, per via del minor peso specifico di questo metallo; il compito di sostegno del cavo è affidato a una fune d'acciaio che ne costituisce l'anima) e nella manifattura dei circuiti stampati per elettronica.

In architettura il rame è impiegato per eseguire tetti e coperture, gronde, scossaline, pluviali ed altri elementi di lattoneria. Questo metallo è apprezzato per il suo colore, che cambia nel tempo se esposto agli agenti atmosferici: prima imbrunisce, fino a diventare marrone scuro, poi con l'ossidazione diventa gradualmente verde.

I tubi di rame vengono usati per trasportare acqua potabile, gas combustibili, gas medicali, acqua per il riscaldamento e fluidi per condizionamento e refrigerazione; infatti il rame è impermeabile ai gas, è facilmente piegabile, resiste alla corrosione e non invecchia se esposto alla radiazione solare. Grazie alla sua eccellente conduttività termica è uno dei materiali che rende più efficiente lo scambio di calore: per questo lo si utilizza negli scambiatori di calore, nei pannelli solari e nei pannelli radianti a parete e a pavimento.

Il rame è molto usato dagli artigiani, dagli artisti e dai designer per il suo colore e la sua facile lavorabilità che lo rendono adatto per molti usi ornamentali: si può facilmente ricavarne piastre, cornici, medaglie e oggetti da arredamento.

Il rame è usato per coniare monete fin dall'antichità: già Servio Tullio (IV secolo a.C.) ordinò di coniare monete di rame, le "pecuniae". Al giorno d'oggi le monete da 10, 20 e 50 centesimi e da 1 e 2 euro sono in lega di rame, mentre quelle da 1, 2 e 5 centesimi sono semplicemente di acciaio ramato esternamente.

Il rame, insieme ad alluminio e zinco, viene utilizzato anche in applicazioni tecnologicamente avanzate, come per esempio nelle leghe a memoria di forma, che assumono due forme diverse a seconda se sono al di sopra o al di sotto di una certa temperatura. Un'altra applicazione particolare è nel campo della superconduzione; nei materiali superconduttori ad alta temperatura la superconduzione è spesso dovuta all'esistenza di piani atomici paralleli di rame e ossigeno.

Nonostante sia presente in quantità molto limitate nell'organismo (da 50 a 120 mg), il rame è un elemento essenziale per la specie umana. Nei vari tessuti agisce soprattutto come cofattore di numerosi enzimi, a loro volta coinvolti in svariate funzioni fisiologiche. Il rame è contenuto anche in alcune proteine, come l'albumina ed il fattore V della coagulazione.
Una volta introdotto con gli alimenti che lo contengono (soprattutto fegato, molluschi, cioccolato e noci), il rame viene assorbito nell'intestino tenue e da qui, grazie al legame con l'albumina, viene veicolato al fegato. Gli epatociti sintetizzano a loro volta un complesso costituito dal rame e dal suo trasportatore (celuroplasmina), che viene poi secreto per essere distribuito ai vari tessuti. Eventuali eccessi sono eliminati soprattutto per via biliare ed in minima parte escreti con le urine.
Grazie alla sua capacità di passare dalla forma ridotta (Cu+) a quella ossidata (Cu2+), il rame entra in numerose vie metaboliche che necessitano di un intervento ossidoriduttivo. La sua azione è importante per la mineralizzazione dello scheletro e per la formazione di nuovi globuli rossi e di tessuto connettivo. Il rame partecipa anche alla catena respiratoria, alla sintesi di melanina e a sistemi di protezione contro lo stress ossidativo e l'eccesso di ammine biogene.
Il fabbisogno procapite di rame per la popolazione italiana adulta è stato fissato ad 1,2 mg al giorno; solo per le nutrici tale quota sale ad 1,5 mg/die.
Gli alimenti più ricchi di rame sono le ostriche, i granchi e le aragoste, l'agnello, l'anatra il maiale ed il manzo (soprattutto fegato e rene); è contenuto in buone quantità anche nel regno vegetale, soprattutto nelle mandorle, nelle nocciole, nei semi di girasole e di soia, nel germe di grano, nel lievito, nell'olio di mais, nella margarina, nei funghi e nella crusca. Dal momento che tali alimenti sono piuttosto comuni nella dieta umana, non sussiste alcun pericolo di incorrere in sindromi associate a carenze di rame. Alcuni casi si sono comunque registrati in bambini sottoposti a severi stati di malnutrizione, in neonati prematuri tenuti a dieta lattea e in pazienti nutriti a lungo esclusivamente per via parenterale. La sintomatologia associata comprende problemi di mineralizzazione ossea fino all'osteoporosi, anemie, depigmentazione di pelle e capelli, maggiore suscettibilità alle infezioni, fragilità vasale e cutanea.

In alcuni casi una dose di "soli" trenta grammi di solfato di rame si è dimostrata letale; in ogni caso l'assunzione di simili quantità, per errore o a scopo suicida, ha un potente effetto emetico che favorisce una rapida eliminazione degli eccessi attraverso il vomito. I sintomi associati ad una grave intossicazione sistemica comprendono coma, oliguria, necrosi epatica, collasso e morte.
Gli istituti americani (Food and nutrition Board 2001) hanno fissato la soglia di tossicità a 10 mg/die; casi di intossicazione dovuti alla sola dieta sono comunque estremamente rari.



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martedì 16 giugno 2015

L'ACCIAIO



L'acciaio si può considerare, in prima approssimazione, come una lega binaria costituita da ferro e da una percentuale di carbonio non superiorre al 2,11%, oltre la quale le leghe ricavate prendono la denominazione di ghise.

È importante considerare che negli acciai il carbonio non compare come costituente indipendente, ma si trova sempre combinato col ferro in forma di carburo (Fe3C) detto anche cementite. Pertanto è più corretto considerare gli acciai come leghe di ferro e cementite.
Questa caratteristica è di fondamentale importanza durante i processi di trasformazione degli acciai; infatti diverse condizioni di trasformazione implicano una diversa decomposizione della cementite, con conseguente variazione del tenore di carbonio, della struttura molecolare ed, in generale, delle caratteristiche chimico-fisiche della lega di acciaio.
La trasformazione delle leghe di acciaio avviene tramite trattamenti termici suddivisibili in tre fasi fondamentali: preriscaldamento, mantenimento in temperatura, reffreddamento controllato. Portando il fluido a temperature superiori ai 723°C, la lega acciaiosa assume una conformazione stabile detta Austenite in cui il carbonio è disperso uniformemente in soluzione solida. A temperature superiori a 912°C le molecole del ferro si dispongono in modo tale da dissolvere una maggior quantità di carbonio (ferro gamma con reticolo cubico a facce centrate). Nella fase di raffreddamento il ferro assume la configurazione alfa (a reticolo cubico a corpo centrato) che ha minore potere di solubilità rispetto al carbonio. Questo implica che le quantità di carbonio non solubili migrano per formare altri composti molecolari. La lega risultante dipende quindi dalla percentuale di carbonio e può essere costituita da:
ferrite+perlite negli acciai (ipoeutettoidici) con percentuali di carbonio <0,77%.
perlite negli acciai (eutettoidici) con percentuali di carbonio =0,77%.
perilite+cementite secondaria negli acciai (ipereutettoidici) con percentuale di carbonio >0,77%.
Questi tre elementi hanno caratteristiche meccaniche molto diverse:
la ferrite ha bassa durezza, circa 90 Brinell, basso carico di rottura (280-300 N/mm2) e grande plasticità;
la perlite ha durezza di circa 250 Brinell ed elevato carico di rottura, circa 900 N/mm2;
la cementite ha una durezza molto elevata ed una elevata fragilità.
Si deduce che le caratteristiche meccaniche della lega risultante è strettamente legata alla presenza di questi tre elementi.

Anche il tempo di raffreddamento influisce notevolmente sulla composizione della lega. Prendiamo ad esempio un acciaio con 0,44% C (ipoeutettoidico). Dopo un lento raffreddamento dallo stato austenitico fino a temperatura ambiente, esso risulterà costituito all'incirca dal 50% di ferrite e dal 50% di perlite. Accelerando il processo di raffreddamento la percentuale di ferrite tende a ridursi, mentre quella di perlite ad aumentare. Ciò si spiega col fatto che in un rapido raffreddamento gli attomi di carbonio non hanno il tempo di migrare per raccogliersi in lamine di cementite, rimanendo inglobati nelle molecole di ferrite ed accrescendo il volume della perlite. Pertanto un acciaio raffreddato con velocità sensibilmente elevata mostra caratteristiche meccaniche simili a quelle di un acciaio con tenore di carbonio più elevato, ma raffreddato lentamente.

Se la velocità di raffreddamento supera una certo valore (caratteristico del tipo di acciaio) detto velocità critica di tempra, la lega assume una struttura diversa da quella normale di ferrite e perlite. Essa risulta costituita da martensite ed ha una durezza molto più elevata rispetto a quella normale. Il raffreddamento eseguito con velocità sufficiente a portare l'acciaio allo stato martensitico prende il nome di tempra.

Sottoponendo l'acciaio temprato ad una nuova fase di riscaldamento a temperature moderate (300-500 °C) si avvia il processo di rinvenimento, in cui il ferro alfa inizia l'espulsione degli attomi di carbonio rimasti forzatamente inglobati durante la fase di tempra. Questi atomi si concentrano in minutissimi granuli di carburo di ferro che contribuiscono a formare leghe con durezza e fragilità inferiori a quelle della martensite.

La dimensione della colata è un ulteriore aspetto che influenza la composizione strutturale della lega di acciaio. In linea di principio, durante la fase di raffreddamento le molecole di carbonio tendono a migrare verso le zone a temperatura maggiore, quindi le sezioni periferiche tenderanno ad avere un minor tenore di carbonio. Inoltre per le colate di notevoli dimensioni non è pensabile rispettare tempi di raffreddamento lenti perchè questo potrebbe richiedere persino anni. Pertanto si è costretti a forzare la velocità di raffreddamento con le conseguenze che abbiamo appena visto. Ne consegue che nella fase di progettazione della lega si dovrà tener conto di questo fenomeno in modo da dosare ottimamente il tenore di carbonio in funzione delle caratteristiche richieste alla lega stessa.

Il primo ferro utilizzato fu quello presente nei meteoriti già nella preistoria, come dimostra l'alto tenore di nichel dei reperti archeologici di età più antica.
Una volta appresa la sua lavorazione alla fucina, il passo per giungere alla fusione di minerali di ferro non era poi molto lungo, dato che era noto oramai il processo di riduzione dei minerali di rame (età del bronzo).
Secondo l'attuale stato della conoscenza, il ferro è comparso la prima volta in Asia Minore e la prima testimonianza è attribuita ai Calibi, che vivevano a sud est del Mar Nero.
Le leghe di ferro - ferro malleabile, ghisa e acciaio - cominciarono ad apparire anche nel XII secolo a.C. in India, Anatolia e nel Caucaso.
L'uso del ferro, nelle leghe e nella forgiatura di utensili, apparve nell'Africa subsahariana nel 1200 a.C..
Importanti testimonianze del ferro nell'antichità sono il tesoro ferreo del re babilonese Sargon II a Ninive, le notevoli prestazioni degli Egizi nel campo della siderurgia e la tecnologia molto sviluppata della costruzione delle armi da parte dei Romani e dei Norici. In terra germanica gli inizi della produzione del ferro si perdono nella leggenda.
La Edda, la Saga di Wieland e la Canzone dei Nibelungi, dimostrano la grande considerazione in cui era tenuto il fabbro e in particolare il fabbro d'armi.
La presenza del ferro in terra germanica è storicamente provata fino all'inizio del I millennio a.C., come testimoniano i numerosi reperti archeologici risalenti a quell'epoca quali accette e punte di lancia.
Il graduale sviluppo dell'arte siderurgica è avvenuto prevalentemente nei luoghi dove venivano scoperti i minerali di ferro facilmente riducibili ed era disponibile legname a sufficiente ad ottenere il carbone di legna occorrente per il processo siderurgico.
I minerali di ferro, per lo più previo lavaggio e arrostimento, venivano fusi con carbone di legna in forni a fossa o a pozzo in creta, pietra di cava o trovanti.
I forni impiegati allo scopo, che oggi chiameremmo "a riduzione diretta" o catalani, funzionavano da principio con tiraggio naturale.
Più tardi il tiraggio fu assicurato da mantici a mano.
Il prodotto finito era costituito da una grossa massa di ferro o acciaio fucinabile frammisto a scorie la quale, con ripetuti riscaldamenti e fucinature, veniva liberata dalle scorie aderenti e incluse e di norma immediatamente trasformata in prodotti finiti.
Quando nel Medioevo, i mantici vennero azionati dalla forza idraulica, sia alzarono gradualmente le pareti dei forni pervenendo ai forni a tino.
Questo forniva, esattamente come il forno a riduzione diretta, un prodotto che, una volta liberato dalle scorie era direttamente fucinabile, ma era di dimensioni decisamente maggiori e venne chiamato lingotto.
Di conseguenza la forza muscolare del fabbro non era più sufficiente a fucinare il lingotto e si ricorse di nuovo all'energia idraulica per azionare i magli di fucinatura.
La profonda trasformazione tecnologica che ha portato all'affermazione dell'altoforno va attribuita al migliore sfruttamento termico del forno a tino in cui, per l'aumento di temperatura conseguito, il ferro finì per raggiungere la temperatura di fusione e a colare allo stato liquido invece di venire ricavato in masse plastiche.
Non si hanno notizie sicure sugli inizi dell'uso degli altiforni, né si sa dove fu ottenuta la prima ghisa, è certo però che l'uso della ghisa era già conosciuto nel I millennio a.C.
Sicuramente l'impiego dell'altoforno non è dovuto ad una scoperta casuale, dato che la tecnica di produzione dei metalli fusi era ben nota per la produzione del piombo, dello stagno e del rame.
Rispetto all'acciaio ottenuto, col procedimento diretto, immediatamente dal minerale di ferro, il ferro colato aveva un forte contenuto di carbonio e non era fucinabile.
Per trasformarlo in acciaio doveva prima venire affinato.
Nell'operazione degli antichi fonditori questo processo era una purificazione.
Nell'affinazione gli elementi estranei contenuti nella ghisa (carbonio in eccesso, silicio, manganese, ecc.) venivano bruciati mediante un fuoco di carbone di legna con eccesso di aria, ossia con un'atmosfera contenente anidride carbonica e ossigeno.
Le prime tracce di produzione industriale della ghisa con altiforni risalgono all'inizio del XIV secolo.
Solo verso il 1400 la ghisa è comparsa quasi contemporaneamente in Italia e in Germania e una delle sue prime applicazioni fu il getto di palle di cannone.
Non è però ancora chiaro quale parte abbiano avuto nello sviluppo dell'altoforno le esperienze proprie dei paesi occidentali e quali le conoscenze certamente molto più antiche dei fonditori dell'Asia orientale.
Il ferro delle fusioni veniva da principio ottenuto fondendo pezzi di ghisa o rottami di ferro in forni a riverbero o in piccoli forni a pozzo oppure prelevando la ghisa direttamente dagli altiforni (ghisa di prima fusione).
Nel 1500 la fusione in ghisa raggiunse un uso generalizzato, iniziando dal Siegerland dove si sviluppò come un'importante branca dell'attività siderurgica con il getto di tubi, campane, griglie, ecc.
Una trasformazione radicale della siderurgia vi fu quando, per il progressivo esaurirsi delle disponibilità di legname, si fu costretti ad impiegare negli altiforni il carbon fossile e il coke in sostituzione del carbone di legna.
Abraham Darby II in Coalbrookdale fu il primo che riuscì nel 1709 ad ottenere ghisa usando solo coke.
Non si sapeva però trasformare la ghisa, prodotta in grandi quantitativi, in acciaio con lo stesso ritmo di produzione, dato che la capacità produttiva dei forni di affinazione era molto limitata.
Ci vollero ancora alcuni decenni per imparare a sostituire il carbon fossile a quello di legna anche nella produzione dell'acciaio.
Le difficoltà risiedevano in particolar modo nella necessità che l'acciaio non doveva venire a contatto col carbone o con il coke per non assorbire lo zolfo e divenire con ciò fragile a caldo.
Questo inconveniente venne eliminato da Henry Cort nel suo forno a puddellatura inventato nel 1784, nel quale l'acciaio entrava in contatto solo con i prodotti della combustione molto ricchi di ossigeno. Per esporre il bagno con continuità ai gas riducenti esso veniva rimescolato; da questa operazione il procedimento ha avuto il nome di puddellatura (da to puddle: rimescolare).
Una volta introdotto l'uso del carbon fossile sia nella produzione della ghisa sia in quella dell'acciaio, l'approvvigionamento di combustibie non costituì più una difficoltà per lo sviluppo della siderurgia.
Lo sviluppo della siderurgia trovò, tra la fine del XVIII e l'inizio del XIX secolo, un nuovo potente aiuto nella macchina a vapore.
Questa venne impiegata non solo per migliorare il tiraggio, ma permise di costruire le macchine trasformatrici, come laminatoi e magli, in dimensioni molto maggiori e quindi con rendimento migliore.
Dall'epoca del primo altoforno a questo vennero apportati diversi perfezionamenti sia destinati all'aumento della capacità produttiva che alla semplificazione dell'esercizio.
Tra di essi vi è l'ugello per le scorie di Luhrmann, un condotto di carico delle scorie raffreddato ad acqua, che dal 1867 in poi venne installato sotto gli ugelli dell'aria in luogo dell'avancrogiuolo in uso fino ad allora.
Questo dispositivo consentì di aumentare notevolmente la pressione dell'aria e, con ciò, la capacità produttiva del forno e porre fine alle frequenti interruzioni di marcia.
Ancora più notevoli furono le trasformazioni nel campo della siderurgia nel corso del XIX secolo.
Nel XVII e XVIII secolo le qualità dell'acciaio di durezza maggiore si ottenevano per cementazione, processo consistente nel riscaldare le aste o le rotaie in acciaio tenero in presenza di materiali contenenti carbonio (es. carbone di legna).
Con questo processo il carbonio penetrava nell'acciaio aumentandone la durezza.
Poiché però il tenore di carbonio era ripartito in maniera disuniforme all'interno di ogni barra, si cercò poi di ripartire meglio il carbonio su tutta la barra, sottoponendola a fucinatura a caldo; il prodotto così ottenuto fu chiamato acciaio omogeneo.
Per raggiungere una omogeneità superiore, Beniamino Huntsman intraprese per primo nel 1740 la fusione in crogiuolo di pezzi di acciaio cementati, divenendo il primo ad ottenere acciaio fuso. Alla lunga però la domanda di acciaio non poteva essere più soddisfatta solamente col processo di puddellatura.
Nel 1885 riuscì all'inglese Henry Bessemer di produrre acciaio con un processo più semplice. Il suo procedimento consisteva nel soffiare attraverso la ghisa fusa forti correnti di aria conseguendo la combustione delle sostanze che accompagnavano l'acciaio, quali il carbonio, il silicio, il manganese, ecc. Il processo Bessemer era però limitato a poche ferriere perché con esso si potevano trattare solo ghise prive di fosforo, a causa del rivestimento interno del convertitore, un recipiente a forma di pera in cui avveniva l'operazione. Bessemer, infatti, impiegava un rivestimento ricco di acido silicico che non era in grado di formare scorie che si legassero al fosforo.
Questo inconveniente venne affrontato da Sidney Gilchrist Thomas che nel 1879 rivestì il convertitore con calce impastata con silicati solubili.
La scoria ottenuta con il processo Thomas, avendo un certo contenuto di fosfati, si adattava ad essere utilizzata come concime.

La maggior parte dell'acciaio prodotto oggi oltre che col processo Bessemer, viene prodotto con il processo Martin-Siemens, che prende il nome dai suoi inventori Pierre e Emile Martin e Carl Wilhelm Siemens. Originariamente, nel 1864, il processo consisteva nel fondere la ghisa insieme a rottami di ferro (processo ghisa-rottame); più tardi si passò a fondere la ghisa con minerali di ferro, frequentemente con aggiunte di rottami di acciaio (processo ghisa-minerale). La fusione doveva avvenire in un forno di concezione speciale dotato di un focolare con recupero del calore, ideato da Friedrich Siemens.

Durante la prima metà del XIX secolo l'acciaio era ancora abbastanza costoso: 50-60 sterline a tonnellata, contro le 3-4 sterline della ghisa.

La fabbricazione di oggetti di uso comune a partire da ferro meteorico viene fatta risalire al III secolo a.C.

A causa del fatto che le meteoriti cadono dal cielo, alcuni linguisti hanno ipotizzato che la parola inglese iron (inglese antico:i-sern), che ha parenti in molte lingue nordiche ed occidentali, derivi dall'etrusco aisar, che significa "Gli Dei". Anche se così non fosse, la parola è stata probabilmente importata nelle lingue pre-proto-germaniche, da quelle celtiche o italiche. Krahe ne compara forme in irlandese antico, illiriano, veneto e messapico. L'origine meteoritica del ferro nel suo primo utilizzo da parte degli uomini viene anche citato nel Corano:

« Invero inviammo i Nostri messaggeri con prove inequivocabili, e facemmo scendere con loro la Scrittura e la Bilancia, affinché gli uomini osservassero l'equità. Facemmo scendere il ferro, strumento terribile e utile per gli uomini, affinché Allah riconosca chi sostiene Lui e i Suoi messaggeri in ciò che è invisibile. Allah è forte, eccelso »
(Corano 57:25)
Il ferro aveva un uso limitato prima che fosse possibile fonderlo. I primi segni dell'uso del ferro vengono dall'antico Egitto e dai Sumeri, dove attorno al 4000 a.C. venivano prodotti piccoli oggetti di ferro meteoritico come ornamenti o come punte delle lance. Tuttavia, il loro uso sembra fosse cerimoniale, e il ferro era un metallo costoso: infatti nel 1600 a.C. il ferro aveva un costo cinque volte maggiore rispetto all'oro e quattro volte maggiore dell'argento. Alcuni meteoriti (dette "sideriti" o "meteoriti ferrose") contengono una lega di ferro e nichel, e il ferro recuperato dalle cadute di meteoriti ha permesso agli antichi di fabbricare pochi piccoli manufatti in ferro.

Nell'Anatolia, il ferro fuso era usato a volte per armi ornamentali: una daga con lama di ferro e elsa di bronzo è stata ritrovata da una tomba ittita datata 2500 a.C. Anche l'imperatore egizio Tutankhamon che morì nel 1323 a.C. fu sepolto assieme a una daga di ferro con elsa d'oro. Furono anche ritrovati negli scavi di Ugarit un'antica spada egizia che portava il nome del faraone Merneptah e un'ascia da battaglia con lama di ferro e manico di bronzo decorato con oro. I primi ittiti barattavano con gli assiri un peso di ferro contro 40 di argento. Il ferro meteoritico veniva usato per ornare gli strumenti nell'America settentrionale precolombiana. A partire dall'anno 1000, il popolo groenlandese di Thule cominciò a fabbricare arpioni e altri strumenti affilati da pezzi del meteorite di Capo York. Questi manufatti furono anche usati come bene di scambio con le altre popolazioni artiche: strumenti fatti dal meteorite di Capo York sonso stati trovati in siti archeologici distanti oltre 1600 km. Quando l'esploratore americano Robert Edwin Peary portò il più grande frammento del meteorite all'American museum of natural history a New York nel 1897, pesava ancora oltre 33 tonnellate.

Le prime prove di uso del ferro vengono dai Sumeri e dagli Egiziani, che già 4000 anni prima di Cristo lo usavano per la manifattura di piccoli oggetti, come punte di lancia e gioielli, ricavati dal ferro recuperato dai meteoriti.

Al periodo che va dal 3000 a.C. al 2000 a.C. risalgono molti oggetti in ferro battuto (distinguibili dagli oggetti in ferro meteorico per la mancanza di nichel nella lega), ritrovati in Mesopotamia, Anatolia ed Egitto; il loro uso sembra essere cerimoniale: il ferro infatti era un metallo costoso, anche più dell'oro. Nell'Iliade la maggior parte delle armi e delle armature menzionate sono di bronzo, e i masselli di ferro sono usati per commerciare. Nel 1500 a.C. circa un numero sempre più grande di oggetti di ferro appare in Mesopotamia, in Anatolia e in Egitto.

Tra il XII secolo a.C. e il X secolo a.C. il ferro rimpiazzò il bronzo nella produzione di attrezzi e di armi nel Mediterraneo orientale (il Levante, Cipro, la Grecia, Creta, l'Anatolia e l'Egitto). Anche se gli oggetti di ferro sono conosciuti dall'età del Bronzo lungo il mediterraneo orientale, essi sono ritrovati solo sporadicamente e sono statisticamente insignificanti comparati alla quantità di oggetti in bronzo di questo stesso periodo. Questa transizione, avvenuta in diverse epoche nelle diverse regioni del pianeta, segna l'inizio dello stadio di civiltà noto come "età del ferro". Una ormai screditata spiegazione dell'ascesa del ferro attribuiva agli Ittiti dell'Anatolia il monopolio della tecnologia del ferro durante la tarda età del bronzo. Questa teoria non è più insegnata nei programmi scolastici, perché priva di riscontri storici e archeologici. Anche se sono stati ritrovati alcuni oggetti di ferro dell'Anatolia dell'età del bronzo, il loro numero è comparabile a quello degli oggetti di ferro trovati in Egitto o in altri luoghi dello stesso periodo, e solo una piccola parte di essi sono armi. In particolare nell'Asia Minore i regni ittiti all'interno dell'Anatolia si trovarono tagliati fuori dal commercio dello stagno: per tale motivo la tribù dei Calibi sviluppò la tecnica di carburazione del ferro con carbonella per sostituire il bronzo. Verso il XIII secolo a.C. si sviluppò nei Balcani la cultura cittadina degli Illiri, che si impadronì di tutto lo stagno proveniente dalle miniere della Boemia, bloccando il rifornimento di questo metallo nel mar Egeo. Questo provocò una grave crisi economica e di conseguenza le invasioni in Egitto dei popoli del mare e la guerra di Troia, ed infine l'avvento dell'età del ferro nel Mediterraneo. Alcune fonti ipotizzano che il ferro fu inizialmente ottenuto utilizzando gli stessi forni che servivano per la raffinazione del rame. Una teoria più recente dell'ascesa del ferro riguarda il collasso degli imperi che alla fine della tarda età del bronzo mandò in frantumi le vie del commercio, necessarie per la produzione del bronzo. La disponibilità del rame e ancor più dello stagno era scarsa, per cui si richiedeva il trasporto di queste materie prime per lunghe distanze. Si pensa che all'inizio dell'età del ferro il trasporto di queste materie prime non fosse sufficiente a colmare la richiesta da parte di coloro che lavoravano i metalli. Da qui sarebbe potuto nascere l'utilizzo del minerale di ferro, che è più abbondante in natura rispetto ai minerali di rame e stagno. Quindi l'ascesa del ferro potrebbe essere stata il risultato di una necessità, causata principalmente dalla mancanza di stagno. Anche in questo caso mancano le prove archeologiche che dimostrino in particolare una mancanza di rame o stagno nella prima età del ferro. Gli oggetti in bronzo sono ancora abbondanti e questi oggetti hanno la stessa percentuale di stagno di quelli della fine dell'età del bronzo.

La Mesopotamia era già in piena età del ferro nel 900 a.C., l'Europa centrale nell'800 a.C. L'Egitto, d'altra parte, non sperimentò una così rapida transizione dall'età del bronzo a quella del ferro: anche se i fabbri egizi producevano oggetti di ferro, il bronzo rimase largamente diffuso fino alla conquista dell'Egitto da parte degli Assiri nel 663 a.C.

Contemporanea alla transizione dal bronzo al ferro fu la scoperta della carburazione (o carbocementazione), ovvero il processo per arricchire superficialmente di carbonio il ferro malleabile.

Il ferro era ottenuto dal suo minerale in forni alimentati con carbone di legna la cui combustione era favorita dall'insufflaggio di aria forzata prodotta da mantici. Il monossido di carbonio prodotto dal carbone riduceva gli ossidi del ferro in ferro metallico; questo si raccoglieva in forma di massa spugnosa o fiore, i cui pori contenevano carbonio e/o carburi (provenienti dalle ceneri) e scorie. Il fiore doveva poi essere riscaldato nuovamente per poterlo battere ed espellerne le scorie ancora imprigionate in esso (per lo più frammenti di carbone e o minerale e parte del carbonio). Se ne otteneva ferro malleabile non temprabile e una parte di acciaio che l'occhio del pratico sapeva riconoscere. Le genti del Medio Oriente scoprirono che un ferro molto più duro poteva essere creato riscaldandolo a lungo in un involucro di polvere di carbone, trasformando lo strato superficiale del materiale in acciaio, poi temprabile.

Poco dopo l'anno mille, la tecnica indiana del Wootz arriva in Medio Oriente, che fino ad allora aveva importato acciaio a pacchetto dall'Europa, dove viene ulteriormente raffinata e dà origine all'acciaio Damasco, estremamente resistente e flessibile, con cui furono forgiate le spade che affrontarono i crociati europei. La qualità di queste armi era tanto alta che si diceva che una spada fatta di acciaio Damasco potesse tagliare la roccia, e venire arrotolata attorno a un uomo per poi tornare dritta come prima, e non perdesse mai il filo. Con ogni probabilità la tecnica del Wootz venne raffinata in modo da far assorbire il carbonio soprattutto ai bordi della spada, mantenendo la sua anima centrale relativamente dolce. In questo modo si otteneva una spada flessibile e che sopportava gli urti senza rompersi, ma al tempo stesso dalla lama molto dura e mantenente un filo tagliente per molto tempo (cosa che in Europa, fino al X secolo, era ottenuta montando a parte i due fili d'acciaio molto duro sulla lama, già ripiegata più volte e lavorata fino alla forma definitiva). Le variazioni nel tenore di carbonio fra il filo e il centro della spada creavano in superficie un bel disegno ondulato, dal cui l'aggettivo damascato. Non sono pervenuti documenti o testimonianze sul modo di ottenere l'acciaio Damasco; per un certo tempo si ritenne che l'acciaio Damasco non fosse altro che un tipo di acciaio a pacchetto, che in certe condizioni può esibire delle venature superficiali, ma un confronto con i manufatti in acciaio Damasco superstiti evidenziano differenze sostanziali, sebbene a volte anche l'acciaio Damasco mostri tracce di pacchettatura.

La Colonna di Ferro a Delhi è una testimonianza delle metodologie di estrazione e lavorazione del ferro in India. Tale colonna ha resistito alla corrosione per gli ultimi 1600 anni grazie all'elevato contenuto di fosforo che ne facilitò anche la manifattura.
Siti archeologici in India, come quello di Malhar, di Dadupur, di Raja Nala Ka Tila e di Lahuradewa nell'attuale Uttar Pradesh mostrano utilizzi del ferro nel periodo tra il 1800 a.C. e il 1200 a.C..
I primi oggetti di ferro trovati in India possono essere datati al 1400 a.C. impiegando il metodo di datazione del carbonio radioattivo. Punte, coltelli, daghe, punte di freccia, ciotole, cucchiai, padelle, asce, ceselli, pinze, cerniere delle porte, ecc. che vanno dal 600 a.C. al 200 a.C. sono state trovate in diversi siti archeologici Indiani. Alcuni studiosi credono che all'inizio del XIII secolo a.C., la produzione di ferro fosse praticata su larga scala in India, suggerendo che la data di scoperta della tecnologia possa essere anticipata. Nell'India meridionale (oggi chiamata Mysore) si hanno rinvenimenti di acciaio la cui datazione va dall'XI secolo a.C. al XII secolo a.C.. L'inizio del I millennio a.C. vide molti sviluppi nella metallurgia del ferro in India. Gli avanzamenti tecnologici e la padronanza della metallurgia fu raggiunta durante questo periodo di colonizzazione pacifica. Gli anni a venire videro diverse trasformazione delle tecniche metallurgiche durante il periodo politicamente stabile dell'impero Maurya.

Lo storico greco Erodoto diede la prima testimonianza scritta occidentale sull'uso del ferro in India. Nei testi religiosi indiani sono riportati dei riferimenti all'industria tessile, ceramica e metallurgica.

Il primo metodo per produrre acciaio propriamente detto (ovvero acciaio di alta qualità) è stato il "Wootz", simile al moderno metodo a crogiolo, usato nell'India meridionale almeno dal 300 d.C. (ma alcuni lo fanno risalire al 200 a.C.); il suo nome è la versione anglicizzata del nome indù dell'acciaio (urukku). Veniva preparato in crogioli chiusi sigillati, che contenevano minerale di ferro ad alta purezza, carbone e vetro. I crogioli venivano poi messi alla fiamma e riscaldati fino ad avere la fusione del miscuglio, per cui il ferro si arricchiva di carbonio, e il vetro assorbiva le impurità man mano che fondeva, galleggiando sulla superficie. Il risultato era un acciaio ad alto tenore di carbonio e di elevata purezza, chiamato poi acciaio di Damasco.
Questa tecnica si diffuse molto lentamente, arrivando nei paesi confinanti (gli odierni Turkmenistan e Uzbekistan) solo nel 900 d.C. circa. La fornace per la produzione degli acciai di Damasco era una fornace a vento, che utilizzava i venti dei monsoni per il suo funzionamento.

L'acciaio di Damasco è famoso anche per la sua resistenza e la capacità di mantenere il filo. Era una lega complessa, che aveva il ferro come componente principale. Studi recenti hanno suggerito che nanotubi di carbonio (prodotti in maniera inconsapevole durante il processo) fossero inclusi nella sua struttura, il che potrebbe spiegare le sue caratteristiche meccaniche.

Catene di ferro furono utilizzate dagli indiani per la costruzione di ponti sospesi prima del IV secolo.

La Colonna di Ferro che si erge nel complesso di Qutba Delhi, capitale dell'India è una delle più antiche curiosità metallurgiche del mondo. Il pilastro (alto quasi sette metri e pesante oltre sei tonnellate) fu eretto da Chandragupta II Vikramaditya. Il pilastro ha un contenuto di ferro del 98%, ma ha resistito alla corrosione per gli ultimi 1600 anni, contrastando le condizioni meteorologiche avverse grazie al suo elevato contenuto di fosforo. La tecnica indiana mise molto tempo a giungere in Europa. A partire dal XVII secolo gli olandesi portavano l'acciaio di Damasco dall'India del sud all'Europa, dove in seguito si avviò la sua produzione in larga scala, con il nome di tecnica del crogiolo.

Will Durant scrisse nel suo The Story of Civilization I: Our Oriental Heritage ("La storia della civiltà I: La nostra eredità Orientale"):

« Qualcosa è stato detto sull'eccellenza chimica della ghisa nell'India antica, e sull'elevato sviluppo industriale del periodo Gupta, quando l'India veniva vista, perfino dalla Roma imperiale, come la più abile delle nazioni in diversi tipi di industria chimica, come quella dei coloranti, della concia, della fabbricazione del sapone, del vetro e del cemento... Dal sesto secolo gli Hindu erano molto più avanti dell'Europa nell'industria chimica; erano maestri della calcinazione, della distillazione, della sublimazione, della cottura a vapore, della fissazione, della produzione della luce senza calore, la preparazione di anestetici e polveri soporifere e della preparazione di sali metallici, composti e leghe. La tempra dell'acciaio in India fu portata a una perfezione sconosciuta in Europa fino ai nostri tempi; si dice che il Raja Puru abbia scelto, come dono speciale da Alessandro Magno non oro o argento, ma 30 libbre di acciaio. I musulmani portarono molta di questa scienza e industria Hindu nel Vicino Oriente e in Europa; i segreti della fabbricazione delle lame di "Damasco", per esempio, vennero presi dagli arabi dai Persiani, e questi ultimi li presero dall'India. »

Anche in Cina il primo ferro usato fu di origine meteorica. Manufatti di ferro battuto compaiono in siti archeologici datati attorno all'VIII secolo a.C. nel nord-ovest, vicino a Xinjiang. Questi pezzi sono stati fatti con le stesse tecniche in uso nel Medio Oriente ed in Europa. La produzione di acciaio, benché presente, soprattutto per la produzione di armi, era limitata. Negli ultimi anni della dinastia Zhou (attorno all'anno 550 a.C.), nello stato meridionale di Wu si sviluppò un'avanzata tecnologia basata su forni a torre, rastremati alla base, in grado di produrre ghisa in grandi quantità. Alla loro temperatura di esercizio, anche più di 1200 °C il ferro si combina con il 4,3% di carbonio e fonde ed è colato in stampi. Scaldando minerali di ferro con carbone a 1200-1300 °C si forma ghisa liquida, che è una lega di ferro al 96,5% e carbonio al 3,5%. Questa lega è troppo fragile per essere lavorata (in particolare è inadatta per impieghi da impatto), a meno che non venga decarburata per rimuovere la maggior parte del carbonio. La ghisa quindi veniva colata in stampi e decarburata fino allo stato di ferro dolce, arroventandola in focolari aperti per diversi giorni.

In Cina, questi metodi di lavorazione del ferro si diffusero a nord, e nel 300 a.C. il ferro era il materiale maggiormente impiegato per la produzione di attrezzi e di armi. Una grande tomba nella provincia di Hebei (datata all'inizio del III secolo a.C.) contiene diversi soldati sepolti con le loro armi ed altro equipaggiamento. I manufatti recuperati da questa tomba sono fatti di ferro battuto, di ghisa, ghisa malleabile e acciaio temprato, con alcune armi di bronzo, probabilmente ornamentali. Il ferro rimase un prodotto poco pregiato, usato dai contadini per secoli e non interessò le classi nobiliari fino alla Dinastia Han (202 a.C. – 220 d.C.), durante la quale la lavorazione del ferro cinese (più propriamente della ghisa) raggiunse una scala ed una sofisticazione elevatissime. Nel primo secolo, il governo Han fece diventare la lavorazione del ferro un monopolio di Stato e fece costruire una serie di grandi forni nella provincia di Henan, ognuno capace di produrre diverse tonnellate di ghisa al giorno. In questa epoca, i metallurgi cinesi scoprirono come impastare la ghisa grezza fusa rimescolandola all'aria aperta fino a che non avesse perso il carbonio e non fosse divenuta ferro malleabile (in lingua cinese il processo veniva chiamato chao, letteralmente "saltato e fritto"). Nel I secolo a.C., i metallurgi cinesi scoprirono che il ferro e la ghisa potevano essere saldati assieme per formare una lega con contenuto intermedio di carbonio, che era acciaio. Secondo una leggenda, la spada di Liu Bang, il primo imperatore Han, fu creata con questa tecnica. Alcuni testi del tempo menzionano l'armonizzazione del duro e del morbido nel contesto della lavorazione del ferro; la frase potrebbe riferirsi a questo processo. Inoltre, la città antica di Wan (Nanyang) del periodo Han precedente era un grosso centro manifatturiero di ferro e acciaio. Assieme ai loro metodi originali per forgiare l'acciaio, i cinesi hanno anche adottato i metodi di produzione per creare l'acciaio Damasco, un'idea importata dall'India alla Cina nel V secolo d.C..
La tecnologia cinese degli altiforni (o acciaio al crogiolo) e del pudellaggio fu ripresa in Europa nel tardo Medioevo.

I cinesi durante l'antica Dinastia Han furono anche i primi ad applicare l'energia idraulica (da un mulino ad acqua) per fare funzionare i mantici di una fornace. Questo fu annotato nell'anno 31 d.C., come innovazione dell'ingegnere Du Shi, del prefetto di Nanyang. Dopo Du Shi, i cinesi continuarono a utilizzare l'energia dell'acqua per muovere i mantici delle fornaci. Nel testo del Wu Chang Ji del V secolo il suo autore Pi Ling scrisse che un lago artificiale fu progettato e costruito nel periodo del regno di Yuan-Jia (424–429) per il solo scopo di alimentare le ruote dei mulini aiutando i processi di fusione e stampaggio dell'industria del ferro cinese. Il testo del V secolo Shui Jing Zhu menziona l'uso dell'acqua corrente di fiume per alimentare i mulini, come ne parla il testo geografico dello Yuan.he Jun Xian Tu Chi della Dinastia Tang, scritto nell'814 d.C..

Ci sono prove che la produzione dell'acciaio nell'XI secolo nella Cina dei Song avvenisse usando due tecniche: un medodo "berganesque", che produceva un acciaio inferiore e disomogeneo e un precursore al moderno processo Bessemer, che utilizzava una decarburizzazione parziale attraverso forgiature ripetute sotto un soffio freddo. Nell'XI secolo ci fu anche una grossa deforestazione in Cina, a causa delle richieste di carbone dell'industria siderurgica. In questo periodo i cinesi scoprirono come usare il carbon coke al posto del carbone vegetale. L'introduzione del carbone minerale al posto del carbone vegetale si ebbe poi in Europa nel XVII secolo.

Anche se Du Shi fu il primo a utilizzare l'energia idraulica per alimentare i mantici nella metallurgia, la prima illustrazione disegnata ed illustrata di questa alimentazione idraulica risale al 1313, nel testo dell'era della Dinastia Yuan chiamato Nong Shu. Il testo fu scritto da Wang Zhen (1290-1333 d.C.), che così spiegò i metodi usati per l'altoforno con mantici alimentati ad acqua nei periodi precedenti la sua era del XIV secolo:
« "In accordo con gli studi moderni (+1313), i mantici con sacco in cuoio (wei nang) erano usati ai vecchi tempi, ma ora vengono usati sempre dei ventagli in legno. Il design è il seguente. Viene scelto un luogo vicino a un forte torrente, e un palo viene innalzato verticalmente in una struttura con due ruote orizzontali in modo da avere quella più in basso spinta dalla forza dell'acqua. La più alta è collegata con una cinghia a una ruota (più piccola) davanti ad essa, la quale ha un manico eccentrico (letteralmente un ingranaggio oscillante). Poi vi è un blocco, che segue la rotazione (della ruota principale), con un ingranaggio collegato al manico eccentrico che tira e spinge il rullo oscillante, le leve a destra e a sinistra del quale assicurano la trasmissione del moto all'ingranaggio del pistone. Quindi questo viene spinto avanti e indietro, azionando i mantici della fornace molto più velocemente di quanto sarebbe possibile con la forza umana. »
« Viene usato anche un altro metodo. Alla fine del pistone in legno, lungo circa 3 piedi che viene fuori dalla parte frontale dei mantici, c'è un pezzo incurvato di legno con la forma della luna crescente, e (tutto) questo è sospeso in alto con una corda come quella di una altalena. Poi, davanti ai mantici, ci sono (molle di) bambù collegate ad essi dalle corde; questo controlla il movimento del ventaglio dei mantici. Poi, seguendo la rotazione della ruota (verticale) del mulino, il manico collegato all'asse principale schiaccia e preme la tavola incurvata (collegata al pistone) che corrispondentemente si muove indietro (letteralmente "in dentro"). Quando il manico è finalmente disceso il bambù (le molle) agisce sui mantici e li riportano nella posizione iniziale. In maniera simile, usando un solo asse principale, è possibile attuare diversi mantici (con estensioni sull'asse), con lo stesso principio dei martelli a caduta (shui tui). Questo è anche molto conveniente e veloce».

In Giappone i costruttori di spade furono gelosi custodi delle loro tecniche di fabbricazione dell'acciaio usato per le spade da samurai.
Nessun altro tipo di acciaio, fino alla metà del XX secolo, poté competere in prestazioni con l'acciaio delle spade da samurai. La tecnica era (ed è ancora) simile a quella utilizzata per l'acciaio a pacchetto, ma con alcune differenze sostanziali: la lama veniva realizzata dividendo la battitura a strati prima su una parte esterna di acciaio più duro, destinata a divenire la parte esterna e il filo della lama, nella quale in seguito veniva parzialmente inserita una barra di acciaio più morbido che ne costituiva l'anima flessibile. La katana assumeva in tal modo, dopo la forgiatura, la tempra e la pulizia, un'estrema affilatura ed un'estrema flessibilità.

Nella seconda metà del XIV secolo fece la sua comparsa nella Repubblica di Genova un nuovo modo di produrre il ferro in un impianto detto ferriera o ferrera alla genovese dai suoi stessi creatori. A partire dal XVI secolo essa è presente in tutti i paesi del Mediterraneo - dalla Sicilia al Piemonte, al Delfinato fino ai Paesi Baschi – e risulta aver soppiantato tutti quegli impianti a focolare chiuso – fornelli - da cui si ricavava un massello – blumo - contenente ferro carbone e acciaio da raffinare ulteriormente. La nuova tecnica utilizzava un solo impianto a focolare aperto, del tutto simile a quello utilizzato per la raffinazione della ghisa. Mantici mossi da ruota idraulica alimentavano la combustione di una miscela di minerale e carbone di legna potendo raggiungere una temperatura massima di 1200 °C. Con la liquefazione della ganga si formava un blumo di ferro spugnoso grazie all'opera di rimescolamento eseguita da un pratico. Con successivi riscaldi e battiture al maglio idraulico il blumo raggiungeva la sua forma definitiva di barra di ferro. Agricola documenta impianti analoghi, ma senza un legame apparente con le ferriere alla genovese, nell'Alto Palatinato alla fine del Quattrocento. Il limite del processo era il dover disporre di un minerale ricco e facilmente fusibile – come è il caso delle ematiti elbane e pirenaiche – e nell'impossibilità di produrre direttamente acciaio. Il suo punto di forza era, oltre il basso impiego di manodopera e capitali, nella produzione di un ottimo ferro malleabile: un fatto di rilievo sia tecnico sia economico che prolungherà la sua esistenza fino alla prima metà dell'Ottocento. La ferriera alla genovese passa da una produzione nel Quattrocento di circa un quintale di ferro nelle 24 ore ai tre quintali (suddivisi in tre masselli) nel secolo successivo. Sul finire del Settecento e fino a metà Ottocento del termine alla genovese si perde la memoria e saranno rinomati gli impianti alla catalana francesi e spagnoli che migliorando il processo e usando magli particolarmente efficienti garantivano produzioni anche di 6 quintali nelle 24 ore. Se oggi si sfoglia un dizionario tecnico catalana è sinonimo di ferriera a riduzione diretta.

In Europa la principale tecnica utilizzata fino al X secolo fu quella dell'acciaio a pacchetto, che consentiva di controllare più agevolmente il tenore di carbonio del metallo rispetto a quanto si poteva fare usando l'acciaio omogeneo che pure veniva prodotto, in quantità limitate, dai bassoforni alto-medioevali.

Consiste nel creare un pacchetto di strati alternati di ferro dolce e ghisa, fatti rammollire e poi martellati insieme per saldarli e far diffondere il carbonio dalla ghisa al ferro dolce, in modo da ottenere la percentuale di carbonio desiderata. Una volta saldati gli strati del pacchetto, si taglia la barra e la si piega su sé stessa, ripetendo il processo: in questo modo si possono creare barre estremamente resistenti composte di centinaia o migliaia di strati sottilissimi. È un processo la cui riuscita dipende moltissimo dalla capacità e dall'esperienza del fabbro: è molto difficile ottenere due volte lo stesso risultato con questo metodo in quanto la lunghezza della lavorazione alla forgia, la sua complessità, così come il calore a cui viene riscaldato il pezzo in lavorazione, influenzano il tenore in carbonio dell'acciaio e le caratteristiche meccaniche del pezzo finito.

Il processo è noto in Europa fin dalla tarda epoca dei Celti (dopo che l'uso dei perfezionati bassoforni greci si era diffuso nell'Europa Occidentale), dei quali sono rimaste alcune spade che mostrano una stratificazione di questo genere (per quanto limitata a poche decine di strati). Alla fine dell'età romana era sicuramente noto ai barbari di stirpe germanica, ed è stato per secoli l'unico modo noto, al di fuori dell'India, per ottenere acciaio di buona qualità.

Per secoli l'unico modo di ottenere del buon acciaio in Europa fu quindi quello di usare ferro delle miniere svedesi, particolarmente puro e privo di zolfo e fosforo, "ferro di palude" (limonite), siderite di origine alpina o ematite dell'Isola d'Elba, ed usarlo per confezionare acciaio a pacchetto con ghisa più ricca di carbonio. Era un processo molto lento ed estremamente costoso: per un chilogrammo di acciaio erano necessari circa 100 kg di combustibile. Per questo non era conveniente creare pezzi più grandi di una lama di spada. In genere si usava l'acciaio per creare piccoli manufatti, come punte di freccia, bisturi, coltelli ed altri oggetti di piccole dimensioni.

Per questo motivo durante il basso Medioevo in Europa, all'incirca a partire dal IX secolo, con l'aumentata disponibilità di acciaio omogeneo, che riduceva i tempi di lavorazione, la tecnica dell'acciaio a pacchetto fu progressivamente abbandonata, portando a un generale scadimento della qualità delle lame europee del periodo. Dall'XI secolo al XVI secolo la tecnica cadde completamente in disuso. Venne riscoperta con il Rinascimento, data la maggiore richiesta di lame di qualità superiore e peso inferiore, e in quel periodo molti si convinsero che l'acciaio Damasco, di cui i crociati raccontavano meraviglie, non fosse altro che un tipo di acciaio a pacchetto, ma questa credenza è stata smentita dalle analisi delle nervature visibili nei due tipi di acciaio.

Il processo di "lavorazione a Damasco" è ancora oggi utilizzato per la produzione artigianale di coltelleria e repliche di armi bianche storiche di alta qualità.

In Europa si cominciò a produrre ghisa per fare ferro e acciaio nel basso Medioevo quando furono costruiti forni chiusi con un particolare profilo a imbuto e grazie all'impiego della ruota idraulica ad asse orizzontale utilizzata per azionare i mantici; fu così relativamente facile ottenere e controllare temperature superiori ai 1200 °C (1147 °C temperatura di fusione dell'eutettico della ghisa). La ghisa ottenuta dal forno era rifusa in fucine, anch'esse di nuova concezione, che utilizzavano soffierie idrauliche particolarmente potenti, indispensabili per produrre le alte temperature (1200 °C) necessarie a liquefarla nuovamente per farne getti, ferro e acciaio. Le prime notizie di impianti con tali caratteristiche riguardano il Dalarne-Vestmanland nella Svezia centrale (datati al XIII secolo e poi detti masugn), la Markisches Sauerland, nella Ruhr tedesca (forni da ghisa datati col radiocarbonio fra il 1205 e il 1300, prima menzione scritta Masshutte nel 1311) e il lato meridionale delle Alpi centrali (furnus nel 1179 ad Ardesio e furnus e fuxina a Schilpario nel 1251 e a Semogo nel 1286).

Un metodo alternativo di decarburizzare la ghisa grezza sembra essere stato ideato nella regione attorno a Namur nel XV secolo. Questo processo vallonico si diffuse alla fine del secolo fino al Pay de Bray, sul confine orientale della Normandia, e poi verso la Gran Bretagna, dove divenne il metodo principale per la fabbricazione del ferro battuto nel 1600. Fu introdotto in Svezia da Louis de Geer all'inizio del XVII secolo e fu usato per fabbricare il ferro di Oreground (dal nome della cittadina Svedese di Oregrund).

Una variazione di questo era il procedimento tedesco. Divenne il metodo principale per produrre il ferro battuto in Svezia.

L'acciaio Bulat (dalla parola persiana pulad, acciaio) fu inventato da Pavel Petrovich Anosov, dopo anni di studi sulla perduta arte dell'acciaio Damasco di cui Anosov voleva riscoprire il segreto. L'acciaio Bulat era un acciaio stratificato, ottenuto raffreddando molto lentamente la massa fusa in modo che il carbonio si potesse concentrare in strati diversi: in questo modo il metallo finale consisteva di molti strati di ferrite (acciaio dolce) e perlite (acciaio duro).

La perlite però è instabile a temperature superiori a 727 °C e tende a scomporsi in ferrite e austenite, per trasformarsi di nuovo al raffreddamento, motivo per cui la lavorazione a caldo di questo tipo di acciaio richiedeva particolare attenzione.

All'inizio del XVII secolo, i siderurgisti nell'Europa Occidentale trovarono un modo (chiamato cementazione) per carburare il ferro battuto. Le barre in ferro e il carbone venivano messi dentro scatole in pietra, poi mantenute a una temperatura rossa (la temperatura a cui il ferro diviene leggermente luminescente e "rosso") fino a una settimana. In questo periodo, il carbonio diffonde nel ferro, producendo un materiale chiamato acciaio cementato o acciaio a bolle. A Coalbrookdale, in Inghilterra, si trovano due fornaci per la cementazione utilizzate da Sir Basil Brooke, che tenne il brevetto sul processo tra il 1610 e il 1619.

La qualità dell'acciaio poteva essere migliorata lavorandolo tramite la piegatura su sé stesso, producendo acciaio a strati. Tuttavia nel periodo tra il 1740 e il 1750 Benjamin Huntsman trovò un modo di fondere nei crogioli l'acciaio cemento ottenuto dal processo di cementazione.
A volte, nel periodo medioevale, l'energia dell'acqua era applicata ai processi delle fonderie. È possibile che questo avvenne presso l'Abbazia di Clairvaux dell'Ordine Cisterciense nel 1135, ma fu certamente in uso in Francia e in Svezia all'inizio del XIII secolo. In Inghilterra, le prime chiare prove documentate di questo furono nella contabilità di una forgia del Vescovato di Durham, vicino a Bedburn nel 1408, ma non fu certamente la prima volta che venivano impiegate simili tecniche siderurgiche. Nel distretto inglese di Furness, le fonderie alimentate idraulicamente furono in uso all'inizio del XVIII secolo, e vicino a Garstang fino al 1770 circa.

La forgia catalana è un tipo di fonderia alimentata. Le fonderie con il "soffio caldo" erano usate nello stato di New York a metà del XIX secolo.

Fondamentale fu l'introduzione del coke, avvenuta nel Settecento in Inghilterra. "Cuocendo" il carbone (ovvero scaldandolo in assenza di ossigeno) si otteneva carbone "cooked" o coke. Il coke venne utilizzato negli altoforni al posto del carbone di legna, permettendo di incrementare la produzione di ghisa grezza.

Le prime fusioni del ferro usavano il carbone vegetale sia come sorgente di calore che come agente di riduzione. Nel XVIII secolo la disponibilità di legno per il carbone limitava l'espansione della produzione del ferro e l'Inghilterra divenne sempre più dipendente, per una parte considerevole del ferro richiesto dalle sue industrie, dalla Svezia (dalla metà del XVII secolo) e poi dal 1725 anche dalla Russia.

La fusione tramite carbon fossile (o il suo derivato carbon coke) era un obiettivo cercato da tempo. La produzione della ghisa grezza con il coke fu probabilmente ottenuta da Dud Dudley nel 1620, e con un mix di carburanti fatto con carbon fossile e legno nel 1670. Questo fu però probabilmente soltanto un successo tecnologico e non commerciale. Shadrach Fox potrebbe aver fuso il ferro con il coke presso Coalbrookdale in Shropshire nel 1690, ma soltanto per fare palle di cannone ed altri prodotti in ghisa come gusci. Tuttavia, nella pace seguita alla guerra dei nove anni, non ci fu una sufficiente domanda di queste.

Nel 1707, Abraham Darby I brevettò un metodo per la fabbricazione di pentole in ghisa; tali pentole erano più sottili e quindi più economiche di quelle della concorrenza. Avendo bisogno di una quantità maggiore di ghisa grezza, egli noleggiò l'altoforno di Coalbrookdale nel 1709. Là, egli fabbricò il ferro utilizzando il coke, stabilendo di conseguenza il primo commercio di successo di questo genere in Europa.Lo sviluppo del suo metodo che prevedeva di caricare il forno con coke e minerale di ferro, porterà alla tecnologia degli altoforni alimentati a coke che tuttora è quella utilizzata. I suoi prodotti erano tutti in ghisa, anche se i suoi successori più immediati tentarono (con piccolo successo commerciale) di affinarlo in ferro (puro) in barre.

Il ferro in barre continuò di conseguenza ad essere fabbricato con ghisa grezza al carbone vegetale fino al 1755. In questo anno Abraham Darby II (e soci) aprirono una nuova fornace funzionante con il coke presso Horsehay in Shropshire e fu presto imitato da altri. Questi procurarono ghisa grezza al coke alle forge di affinatura di tipo tradizionale per la produzione di ferro battuto. La ragione di questo ritardo rimane controversa[59] anche se probabilemnete dovuta ad una serie di cause. In effetti, almeno inizialmente il coke presentava un costo maggiore del carbone vegetale e lasciava nella ghisa un eccesso di silicio rendendola di cattiva qualità ed altre difficoltà tecniche che necessitarono di tempo per essere risolte.

Nel 1740 Benjamin Huntsman, a Sheffield, riscoprì la tecnica dell'acciaio al crogiolo. Dopo anni di esperimenti in segreto, mise a punto una fornace in grado di raggiungere i 1600 °C in cui metteva una dozzina di crogioli di argilla, ciascuno con 15 kg di ferro, che veniva portato lentamente al calore bianco; a questo punto si aggiungevano pezzi di ghisa, i quali, lasciati fondere, aggiungevano al materiale il carbonio necessario; dopo tre ore circa l'acciaio fuso veniva colato in lingotti.

Nel 1740 Sheffield produceva circa 200 tonnellate di acciaio all'anno; un secolo dopo ne produceva 80000, la metà di tutta la produzione europea, ed era la più grande città industriale d'Europa.

Questo modo di produrre l'acciaio dominò fino all'arrivo del convertitore Bessemer, che produceva acciaio di qualità comparabile ma con costi minori.

Fu soltanto dopo questi avvenimenti che cominciarono ad essere concepiti modi attuabili economicamente per convertire la ghisa grezza in ferro. Un processo conosciuto come invasatura e stampaggio fu ideato nel 1760 e migliorato nel 1770, e sembra essere stato ampiamente adottato nelle Midlands occidentali circa dal 1785. Tuttavia, questo metodo fu rimpiazzato dal processo di affinatura di Henry Cort, brevettato nel 1784, ma probabilmente fatto funzionare con ghisa grezza grigia circa nel 1790. Questi processi permisero la grande espansione della produzione del ferro che costituì la Rivoluzione industriale per l'industria del ferro.

All'inizio del XIX secolo, Hall scoprì che l'aggiunta di ossidi di ferro al contenuto dei forni di affinatura provocava una violenta reazione, nella quale la ghisa grezza veniva decarburizzata; questo processo venne chiamato 'affinatura umida'. Si scoprì anche che era possibile produrre acciaio fermando il processo di affinatura prima che la decarburizzazione fosse completa.

L'efficienza dell'altoforno fu migliorata dall'innovazione del "vento caldo" (l'aria, prima di entrare nella fornace, veniva preriscaldata), brevettato da James Beaumont Neilson in Scozia nel 1828. Questo ridusse ulteriormente i costi di produzione. Nel giro di poche decadi, l'abitudine divenne quella di avere una 'stufa' grande quanto la fornace vicino ad essa, nella quale i gas d'altoforno (contenenti CO, monossido di carbonio) provenienti dalla fornace venivano diretti e bruciati. Il calore risultante veniva usato per preriscaldare l'aria soffiata nella fornace.

Negli anni 1850 Sir Carl Wilhelm Siemens ideò il cosiddetto forno Siemens, che rispetto alle metodologie precedenti riusciva a diminuire i consumi di combustibile del 70-80%.

Nel 1865 l'ingegnere francese Pierre-Emile Martin acquistò il brevetto e introdusse l'uso del forno Siemens (che da quel momento in poi fu chiamato "forno Martin-Siemens") per svolgere l'ossigenazione della ghisa grezza (in inglese pig iron).

A parte una qualche produzione di acciaio affinato, l'acciaio Inglese continuò ad essere fabbricato tramite cementazione, a volte seguita da rifusione per produrre acciaio in crogiolo. Questi erano processi "in lotto" la cui materia prima era il ferro (puro) in barre, in particolare il ferro di Oregrund in Svezia.

Il problema della produzione in massa di acciai economici fu risolto nel 1855 da Henry Bessemer, con l'introduzione del convertitore Bessemer nella sua fabbrica di Sheffield in Inghilterra. Nel convertitore Bessemer, la ghisa grezza fusa proveniente dall'altoforno veniva inserita in un grosso crogiolo e poi veniva soffiata aria dal basso attraverso il materiale fuso, bruciando il carbonio disciolto dal coke. Mano a mano che il carbonio brucia, il punto di fusione del materiale aumenta, ma il calore proveniente dal carbonio in fiamme procura l'energia in più necessaria a mantenere il miscuglio fuso. Dopo che il contenuto in carbonio nella colata ha raggiunto il livello desiderato, il flusso d'aria può essere chiuso. Un tipico convertitore Bessemer poteva convertire un lotto di 25 tonnellate di ghisa grezza in acciaio in mezzora circa. L'invenzione dei convertitori ad aria, primo fra i quali il convertitore Bessemer, permise di abbandonare il metodo del pudellaggio (acciaio al crogiolo), lungo e dispendioso.

Vi furono innumerevoli tentativi svolti nel XIX secolo, tesi ad ottenere una lega che mantenesse le caratteristiche meccaniche dell'acciaio risultando però inossidabile. Le varie sperimentazioni si orientarono verso l'aggiunta nell'acciaio di cromo, nichel ed altri metalli. Nel 1913 l'inglese Harry Brearly riuscì ad ottenere effettivamente l'acciaio inossidabile mediante un'alta percentuale di cromo.

Nel 1952 venne poi introdotto alla Voest-Alpine il processo di ossigenazione, una modifica al processo Bessemer, che lancia ossigeno da sopra all'acciaio (invece che soffiare aria da sotto), riducendo la quantità di azoto incluso nell'acciaio. Questo processo viene usato in tutte le fabbriche di acciaio attuali; l'ultimo convertitore Bessemer degli Stati Uniti venne messo a riposo nel 1968. Inoltre, a partire dagli anni seguenti la seconda Guerra Mondiale, a Brescia (Italia), utilizzando solo rottami di ferro fusi nel forno elettrico ad arco, iniziarono a produrre acciaio dei piccoli stabilimenti chiamati ironicamente mini-acciaierie . Queste fabbriche producevano solo prodotti in barre all'inizio, ma si sono poi espansi a prodotti piatti e pesanti, una volta dominio esclusivo dei circuiti della fabbricazione dell'acciaio integrata.

Prima di questi sviluppi del XIX secolo, l'acciaio era un lusso costoso e veniva usato solo per un numero limitato di scopi nei quali era necessario un metallo particolarmente duro o flessibile, come nelle parti taglienti degli attrezzi e nelle molle. La grande diffusione di acciaio poco costoso alimentò la seconda rivoluzione industriale e la società moderna come la conosciamo. L'acciaio dolce ha rimpiazzato il ferro battuto per quasi tutti gli scopi, e quest'ultimo non viene più (o quasi più) fabbricato. Con piccole eccezioni, le leghe di acciaio cominciarono ad essere prodotte solo nel tardo XIX secolo. L'acciaio inossidabile fu sviluppato solo all'alba della prima guerra mondiale e divenne largamente usato soltanto negli anni 1920. Queste leghe di acciaio sono tutte conseguenza della grande disponibilità di ferro ed acciaio a basso costo e della possibilità di legarli a volontà.

Nel 1992 il processo Martin-Siemens era definitivamente soppiantato negli Stati Uniti d'America dai convertitori a ossigeno (come il convertitore Bessemer e il processo Linz-Donawitz). La nazione con la percentuale più alta di acciaio prodotto a mezzo del processo Martin-Siemens (circa il 50%) rimane l'Ucraina.



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