Rischio chimico in metallurgia

Definizione

Per dare una definizione esatta di metallurgia, è necessario innanzitutto distinguerla dalla mineralurgia, che è invece legata all’industria mineraria:

• Mineralurgia: comprende tutte le operazioni basate su metodi meccanici, fisici o chimici per separare i minerali dalla ganga e purificarli parzialmente mediante concentrazione. Ciò può avvenire per gravimetria, separazione magnetica o flottazione, quest’ultima basata su processi che, grazie a vari additivi come tensioattivi o solventi, fanno galleggiare le particelle minerali o metalliche sulla superficie di un liquido. Inoltre, per modificare le proprietà dei minerali e favorirne la concentrazione si utilizzano vari composti.

• Metallurgia: si divide in tre settori principali, ognuno dei quali riguarda una specializzazione diversa. Si conta, da un lato, la metallurgia del ferro (acciaio) e, dall’altro lato, la metallurgia dei metalli non ferrosi, che si divide a sua volta in base ai metalli: preziosi (come l’oro) e non preziosi (come l’alluminio). La metallurgia comprende una vasta gamma di attività industriali, tra cui il riciclaggio e la fusione dei metalli (in fonderie tradizionali, acciaierie e fonderie che lavorano l’alluminio), la fabbricazione di prodotti grezzi tramite laminatoi, la trasformazione di prodotti grezzi in semilavorati e, inoltre, la fabbricazione di attrezzature e prodotti finiti per l’industria (automobilistica, aerospaziale, sistemi di informazione e telecomunicazioni, imballaggi alimentari, microelettronica, stampa, edilizia e trasporti). Infine, una rapida panoramica dell’industria metallurgica a livello globale consente di identificare i principali leader mondiali: Alcoa, Rio Tinto (rilevazione del gruppo Alcan alla fine del 2007 dopo un primo tentativo di acquisizione tramite OPA di Alcoa), Hydro e BHP Billiton (proposta di offerta di acquisto di Rio Tinto alla fine respinta dal gruppo nel febbraio 2008).

Rischio chimico

Il settore metallurgico fa regolarmente uso di molti prodotti chimici, che vengono quotidianamente impiegati nei relativi processi produttivi: vernici, solventi, resine, poliuretani, oli, ma soprattutto tutti gli agenti utilizzati durante le operazioni di pulizia e i trattamenti di superficie (operazioni meccaniche, chimiche, elettrochimiche o fisiche volte a modificare/migliorare l’aspetto o la funzione della superficie dei materiali per adattarla a determinate condizioni di utilizzo, per esempio protezione contro la corrosione o miglioramento delle caratteristiche fisiche). Le operazioni svolte nel settore metallurgico sono tanto varie quanto i metalli trattati, da ciò deriva un rischio chimico rilevante legato alla presenza di molti prodotti (tensioattivi; agenti complessanti come l’EDTA; acidi: cloridrico, nitrico, fosforico, solforico, fluoridrico, acetico; basi: idrossidi di sodio e potassio, calce; solventi; coloranti e rifiuti).

Alcuni esempi

• Elettrolucidatura: metodo elettrochimico comunemente usato per lisciare, lucidare, sbavare e pulire vari metalli. Attraverso l’elettrolucidatura si provvede a rimuovere un sottile strato superficiale per elettrolisi. Nell’ambito dei processi di elettrolucidatura vengono impiegati diversi elettroliti. Si tratta solitamente di miscele di vari acidi (acido solforico, acido cromico, acido citrico e/o acido fosforico) a cui talvolta si aggiungono composti organici.

• Pulizia in soluzioni acquose: i pezzi vengono immersi per diversi minuti in una soluzione di processo, normalmente alcalina o neutra, ma può anche essere acida e riscaldata ad alte temperature (40 – 90 °C) per migliorare l’effetto pulente.

• Decapaggio: procedura chimica usata per ravvivare la superficie metallica e/o rimuoverne gli ossidi prima di altri trattamenti di superficie. Durante il decapaggio, gli strati aderenti, le pellicole di ossido e altri prodotti di corrosione vengono rimossi per reazione chimica con un agente decapante acido. Normalmente si usa l’acido cloridrico (18-22%) o l’acido solforico (25%).
  In casi particolari, si possono usare l’acido nitrico, l’acido fluoridrico (20-25%), l’acido fosforico o miscele di acidi. Le soluzioni che contengono fluoruri sono necessarie per agire in maniera efficace su alcune leghe.

• Anodizzazione: l’anodizzazione dei metalli consiste in un processo di ossidazione elettrolitica superficiale che aumenta la capacità naturale del metallo di ossidarsi. I rivestimenti possono essere 1.000 volte più spessi dello strato naturale. L’alluminio, con la formazione superficiale di ossido di alluminio (AI2O3), è il principale materiale sottoposto ad anodizzazione. In generale (nel 90% dei casi), l’alluminio viene anodizzato in un elettrolita di acido solforico. Per applicazioni specifiche, l’alluminio può essere anodizzato in molti altri tipi di soluzioni di processo: acido fosforico, acido solforico/ossalico, acido solforico/salicilico ed elettroliti di acido cromico.

• Fosfatazione: reazione chimica che avviene attraverso un agente che contiene fosforo. Il trattamento di una superficie mediante una soluzione diluita e calda di acido fosforico permette la passivazione del metallo (ovvero il significativo rallentamento della velocità di corrosione di metalli o leghe grazie alla formazione di una pellicola passiva naturale o artificiale) e migliora la resistenza alla corrosione della vernice di rivestimento. La passivazione artificiale si effettua su un metallo che è stato precedentemente disossidato (decapaggio: dissoluzione degli ossidi indesiderati) con l’ausilio di un acido (il più utilizzato è l’acido cloridrico o solforico) o una miscela di acidi (presenza complementare di acido nitrico o fluoridrico).

NB: una sfida importante per l’industria metallurgica è rappresentata dalla sostituzione nel breve termine del cromo VI (Cr6+, esavalente), sotto la spinta delle normative, per ragioni di salute, sicurezza e rispetto dell’ambiente (questo agente, seppure ancora non completamente vietato, è comunque molto tossico).