Metallurgia dello stagno

La metallurgia dello stagno trasforma la cassiterite, un ossido di stagno nero e pesante, in metallo scaldandola con carbone di legna sotto un forte getto d'aria. Lo stagno fonde ad appena 232 °C e cola fuori dal fuoco. Crogioli con residui ricchi di stagno da Göltepe, in Turchia, del III millennio a.C., ne sono la più antica prova pubblicata; lo stagno rese possibile il bronzo.

Che cos’è

Lo stagno è un metallo tenero e argenteo che fonde a 232 °C. Un decimo di stagno nel rame dà il bronzo, più duro del rame e più facile da colare. La maggior parte dello stagno proviene da un solo minerale, la cassiterite, un ossido di stagno pesante, da bruno scuro a nero. Liberata dalla sua roccia, si raccoglie nelle ghiaie dei fiumi, dove il suo peso la fa depositare insieme alla sabbia grossa.

La metallurgia dello stagno toglie l’ossigeno alla cassiterite. Il minerale si lava finché resta quasi solo cassiterite, poi si scalda con carbone di legna sotto un getto d’aria. I giacimenti di stagno sono rari e sparsi, in Cornovaglia e nel Devon, nella penisola iberica, nel Tauro in Turchia o in Asia centrale: per millenni lo stagno ha percorso lunghe distanze prima di arrivare ai fonditori di bronzo.

Come funziona

Il lavaggio in bacinella: l’acqua porta via la sabbia di quarzo leggera, la cassiterite pesante resta sul fondo.

Il primo passo è la concentrazione. Il minerale frantumato o la ghiaia stannifera si agita in acqua corrente o in una bacinella. La cassiterite è molto più densa del quarzo, così l’acqua trascina via i grani leggeri e lascia quelli scuri. I minatori della Cornovaglia e del Devon chiamavano il concentrato lavato «stagno nero» e il metallo «stagno bianco».

Nel forno il carbone che brucia produce monossido di carbonio, che sottrae l’ossigeno all’ossido di stagno. Il metallo si forma in goccioline che fondono subito e colano verso il basso. Lo stagno fonde a bassa temperatura, ma l’ossido cede il suo ossigeno solo in un fuoco molto caldo: le fusioni sperimentali hanno superato i 1.000 °C, e le fonderie del Dartmoor lavoravano a circa 1.150 °C.

Lo stagno si perde facilmente. Una parte si combina con la silice e il ferro del minerale nella scoria, un’altra se ne va con i gas. In piccoli esperimenti nel nord-ovest della penisola iberica le perdite hanno raggiunto l’80% dello stagno. Per questo i fonditori frantumavano la scoria per recuperare le goccioline di metallo intrappolate e la rifondevano.

Come si fa

Una piccola fusione in crogiolo mostra tutto il procedimento. Servono una forgia a carbone con ventilatore, un crogiolo di argilla e grafite con coperchio, una pinza e carbone di legna frantumato. Usare solo cassiterite venduta con un’analisi chimica che dimostri l’assenza di arsenico.

Lavare il minerale. Mettere la cassiterite frantumata in una bacinella con acqua, farla roteare e inclinare un poco la bacinella perché l’acqua porti via i grani leggeri. Ripetere finché restano solo grani scuri e pesanti, poi asciugarli del tutto.

Il crogiolo resta coperto, immerso nel carbone, così alla carica arriva poca aria.

Riempire il crogiolo. Mescolare il concentrato asciutto con carbone frantumato, riempire il crogiolo, coprirlo con altro carbone e chiudere il coperchio. In un esperimento a Butser, crogioli con coperchio posti in un forno a catino aperto non hanno dato stagno perché il fuoco conteneva troppa aria: tenere il crogiolo sepolto nel carbone, fuori dal getto diretto.

Scaldare. Porre il crogiolo in fondo alla forgia, ammucchiarvi sopra il carbone e soffiare abbastanza forte da tenere il fuoco sopra i 1.000 °C per tutta la reazione. Aggiungere combustibile man mano che si consuma.

Recuperare lo stagno. Estrarre il crogiolo con la pinza e lasciarlo raffreddare su un mattone refrattario. Rompere la scoria e raccogliere le palline lucenti di stagno. Rifuse in un piccolo mestolo a poche centinaia di gradi, si possono colare in un piccolo lingotto.

Sicurezza. Tutti gli attrezzi e gli stampi devono essere perfettamente asciutti: l’acqua sotto il metallo fuso diventa vapore e lo proietta. Un fuoco di carbone di legna emette monossido di carbonio; non fondere mai al chiuso. I minerali di stagno contengono spesso minerali di arsenico, i cui fumi sono velenosi quando si scaldano: non scaldare mai un minerale senza analisi, e non arrostirlo mai.

Storia ed evoluzione

I bronzi più antichi, come una lamina di Pločnik in Serbia di circa il 4650 a.C., furono probabilmente ottenuti da minerali che contenevano insieme rame e stagno, senza passare per lo stagno metallico. La riduzione dello stagno da solo venne più tardi. A Göltepe, nel Tauro centrale in Turchia, gli scavi del 1990 hanno restituito circa 250 frammenti di crogioli a scodella del III millennio a.C. con residui ricchi di stagno, che gli scavatori interpretano come la riduzione della cassiterite a stagno. Le analisi chimiche di Bryan Earl e Hadi Özbal, pubblicate nel 1996, giunsero alla stessa conclusione. Le datazioni al radiocarbonio della vicina miniera di Kestel cominciano intorno al 3200 a.C. Altri specialisti, tra cui James Muhly, hanno giudicato troppo poveri di stagno i filoni di Kestel e proposto che vi si cercasse oro; nel 2021 l’analisi dei sedimenti rimasti nella miniera ha trovato cassiterite e solo una traccia d’oro. Un frammento di lingotto di stagno avvolto in un tessuto, da una delle tombe reali del Bronzo antico di Alacahöyük, in Anatolia centrale, è per gli archeometallurgi che lo hanno studiato il più antico lingotto di stagno conosciuto.

Un quarto di lingotto di stagno a pelle di bue, come molti tagliati prima di essere caricati sulla nave di Uluburun.

Nel Bronzo recente lo stagno viaggiava in grandi quantità. La nave di Uluburun, affondata al largo della Turchia meridionale intorno al 1300 a.C., trasportava circa una tonnellata di stagno, soprattutto in lingotti a quattro anse a forma di pelle di bue, quasi tutti tagliati in quarti o metà prima dell’imbarco. Lingotti di stagno di tre relitti della stessa epoca al largo di Israele sono stati ricondotti nel 2025 alla Cornovaglia e al Devon. Nel I secolo a.C. lo storico Diodoro Siculo, sulla base di resoconti più antichi, descrisse gli abitanti di Belerion, in Cornovaglia, che estraevano il minerale, fondevano e purificavano lo stagno e lo lavoravano in pezzi della grandezza di un astragalo, che portavano con la bassa marea all’isola di Ictis.

Nel Medioevo e oltre, i minatori della Cornovaglia e del Dartmoor fondevano nelle cosiddette blowing houses, edifici di pietra dove una ruota idraulica azionava i mantici. William Pryce ne descrisse una nel 1778: un forno alto circa sei piedi, di granito e argilla, riempito a strati di stagno nero e carbone; due mantici lunghi otto piedi che soffiavano attraverso un blocco di ferro vicino al fondo; e in basso un foro da cui lo stagno colava in una vasca di pietra, dalla quale lo si versava col mestolo negli stampi. Un forno del genere poteva fondere da 8 a 12 hundredweight inglesi di stagno in dodici ore.

Pryce annotò che lo stagno più puro, detto stagno in grani, veniva dal minerale alluvionale fuso con carbone di legna in queste fonderie. I forni a riverbero a carbon fossile, dove il fuoco brucia separato dal minerale, si diffusero da circa il 1700, il primo in Cornovaglia a Newham presso Truro, e verso il 1850 avevano sostituito le blowing houses. L’ultima fonderia di stagno della Cornovaglia, a Seleggan presso Redruth, chiuse nel 1931.