Estrazione del tungsteno

Il tungsteno fonde a una temperatura più alta di qualsiasi altro metallo, perciò non si può fondere e colare come il ferro o il rame. Si ricava dai suoi minerali come polvere sottile, e da questa polvere si ottengono barre, filo e il carburo duro degli utensili da taglio. I fratelli Elhuyar isolarono per la prima volta il metallo a Bergara, nei Paesi Baschi, nel 1783.

Che cos’è

Il tungsteno è un metallo grigio pesante come l’oro che fonde a una temperatura più alta di qualsiasi altro metallo. In natura si trova quasi sempre combinato in minerali; il tungsteno nativo, il metallo libero, è un minerale molto raro, descritto formalmente solo nel 2021. I due minerali che vale la pena estrarre sono la wolframite, un tungstato di ferro e manganese nero, e la scheelite, un tungstato di calcio chiaro. Il metallo si chiama anche wolframio, dal nome della prima, e da qui viene il suo simbolo chimico, W.

Denti di sega con placchette di carburo: le punte dure di carburo di tungsteno tagliano, la lama d’acciaio le sostiene.

Oggi il tungsteno serve soprattutto per il metallo duro, un materiale di grani di carburo di tungsteno legati con cobalto, abbastanza duro da tagliare e forare metallo, pietra, legno e plastica. Il tungsteno entra anche negli acciai da utensili e in altre leghe, nei contrappesi e negli schermi contro le radiazioni, dove conta il suo peso, e nei filamenti delle lampade e in altre parti che devono resistere a un calore molto forte.

Ricavare il tungsteno dal minerale è compito dell’industria chimica. Si usano sostanze chimiche forti e si producono polveri sottili di metallo e di carburo che non devono essere respirate; è un lavoro che si fa solo in impianti industriali specializzati.

Come funziona

I minerali di tungsteno sono poveri: il minerale utile è sparso in una massa di roccia molto più grande e va concentrato prima di qualsiasi trattamento chimico. Gli impianti di arricchimento sfruttano le sue proprietà: i due minerali di tungsteno sono molto più densi della roccia che li circonda, la wolframite è debolmente magnetica e i granelli fini di scheelite, una volta trattata la loro superficie, si attaccano a bolle d’aria.

Impianti chimici trasformano poi il concentrato in composti di tungsteno puri, tra cui l’ossido di tungsteno. Il metallo ricavato dall’ossido non fonde: esce come una polvere grigia sottile. Anche il carburo di tungsteno, il composto duro degli utensili, si produce in polvere.

Poiché il tungsteno fonde a un calore che nessun forno comune raggiunge, gli si dà forma a partire dalla polvere, come al metallo duro. Una barra sinterizzata è una barra solida ma fragile in cui i grani di polvere si sono saldati senza fondere. William Coolidge scoprì come rendere queste barre abbastanza tenaci e pieghevoli da farne filo, e nel metallo duro è il cobalto a legare i grani duri di carburo.

Storia ed evoluzione

Minerale di stagno con wolframite: la lama nera è il minerale che dava fastidio ai fonditori di stagno.

Nel XVI secolo i minatori dello stagno dei Monti Metalliferi, fra Sassonia e Boemia, conoscevano la wolframite come un minerale molesto che abbassava la resa del loro stagno. Le davano nomi formati sulla parola tedesca per lupo, come Wolf Rahm, «bava di lupo». Nel 1781 il chimico svedese Carl Wilhelm Scheele ricavò un acido nuovo, l’acido tungstico, da un minerale svedese chiamato tungsten, «pietra pesante», oggi detto scheelite in suo onore. Scheele e Torbern Bergman pensavano che se ne potesse ricavare un metallo nuovo, ma non riuscirono a ridurre l’acido.

Nel 1783 i fratelli Juan José e Fausto Elhuyar, che lavoravano al Seminario reale della Società basca degli Amici del Paese a Bergara, trovarono lo stesso acido nella wolframite e lo ridussero a metallo. Chiamarono il metallo wolfram e pubblicarono la loro analisi nello stesso anno.

Una lampada degli anni Dieci del Novecento con un filamento di tungsteno trafilato teso a zigzag attorno allo stelo di vetro.

I fabbricanti di lampade volevano il tungsteno perché i suoi filamenti davano molta più luce di quelli di carbonio, ma i primi filamenti di tungsteno erano fragili. Nel 1909–1910, nel laboratorio di ricerca della General Electric, William Coolidge ottenne tungsteno duttile da barre sinterizzate, e la General Electric cominciò a vendere lampade con filamenti di tungsteno trafilato. La lampadina a incandescenza usa da allora filo di tungsteno, trafilato come nella trafilatura ma attraverso trafile di diamante e di metallo duro.

Il metallo duro nacque da questa industria delle lampade. Cercando un materiale per sostituire le trafile di diamante con cui si tirava il filo di tungsteno, Karl Schröter, della Osram, depositò nel 1923 un brevetto per una lega dura sinterizzata di carburo di tungsteno e cobalto. La Krupp ne acquistò i diritti e vendette il materiale dalla fine degli anni Venti con il nome di Widia, dal tedesco «wie Diamant», come il diamante. Gli utensili in metallo duro hanno trasformato le lavorazioni meccaniche, e gran parte del tungsteno estratto oggi finisce in pezzi di metallo duro.