Metallurgia dello zinco

Lo zinco è difficile da ottenere perché diventa vapore al calore necessario per liberarlo dal minerale, e poi all'aria brucia di nuovo in ossido. Lo zinco metallico fu ottenuto dapprima per distillazione in recipienti d'argilla chiusi. Zawar, nel Rajasthan, distillava zinco su scala industriale già nell'alto Medioevo, la Cina seguì sotto i Ming e l'Europa nel XVIII secolo.

Che cos’è

Lo zinco è un metallo grigio azzurrognolo che si trova quasi sempre combinato con altri elementi nei suoi minerali; lo zinco nativo, il metallo libero, è un minerale molto raro. In Europa i suoi minerali portarono a lungo un solo nome, calamina, che riuniva due minerali di zinco, la smithsonite e l’emimorfite, presenti nella parte alta e alterata dei giacimenti. Più in basso il minerale abituale è la blenda o sfalerite, un solfuro di zinco spesso mescolato ai minerali di piombo. Ottenere lo zinco vuol dire separarlo dall’ossigeno o dallo zolfo a cui è legato, come per il rame o il piombo, ma nel fuoco lo zinco si comporta in modo diverso.

Un secchio zincato: il disegno cristallino della superficie è lo strato di zinco che impedisce all’acciaio di arrugginire.

Oggi lo zinco serve soprattutto per la zincatura, uno strato sottile che protegge l’acciaio dalla ruggine. Entra anche nei pezzi pressofusi, nell’ottone, la sua lega con il rame, e nei prodotti chimici. L’ottone fu prodotto per secoli prima che si sapesse ottenere lo zinco metallico, perché lo zinco del minerale poteva passare direttamente nel rame senza mai comparire da solo. Lo zinco metallico arrivò più tardi, e richiese un altro tipo di forno.

Il lavoro è pericoloso. I fumi di ossido di zinco che si sprigionano dallo zinco caldo provocano la febbre da fumi metallici, con brividi, febbre, tosse e oppressione al petto. I minerali di zinco contengono spesso cadmio e piombo, e l’arrostimento dei minerali solforati libera anidride solforosa. La metallurgia dello zinco è sempre stata un’industria, senza una versione piccola che si possa far funzionare senza pericolo.

Come funziona

Lo zinco ha un punto di ebollizione basso. Il calore necessario per togliere l’ossigeno al suo minerale lo supera già, così lo zinco si libera come vapore. In un forno aperto questo vapore sale con i gas caldi, incontra l’aria e brucia di nuovo in ossido di zinco, una polvere bianca, e non si recupera quasi nulla. Lo zinco metallico si può quindi ottenere solo in recipienti chiusi, dove il vapore non incontra l’aria e torna metallo in una parte più fredda.

Una storta e il suo condensatore del tipo di Zawar, così come sono stati scavati.

A Zawar, sui monti Aravalli del Rajasthan, i forni contenevano file di storte d’argilla allungate poste capovolte, con il collo che attraversava un piano forato e sbucava in una camera più fredda sottostante, e un condensatore d’argilla sotto ogni collo. I fonditori cinesi usarono più tardi storte diritte con una zona di condensazione più fredda in alto.

La distillazione in recipienti chiusi rimase per secoli il modo di produrre lo zinco, in India, in Cina e poi in Europa. Nel XX secolo la maggior parte degli impianti passò all’elettrolisi, in cui una corrente elettrica deposita zinco metallico da una soluzione preparata con il minerale. Lo zinco non deve più passare per lo stato di vapore, e questa via fornisce oggi la maggior parte dello zinco mondiale, anche se i gas e i residui del processo devono sempre essere captati e trattati.

Storia ed evoluzione

L’ottone è più antico dello zinco metallico: il modo di fabbricarlo in crogioli chiusi, senza isolare lo zinco, nacque nel Vicino Oriente nel I millennio a.C. La più antica produzione nota di zinco metallico su larga scala viene dall’India. Kharakwal e Gurjar sostengono che lo zinco puro si fabbricasse già nella seconda metà del I millennio a.C. e che la produzione commerciale sia cominciata all’inizio del Medioevo. Craddock e i suoi colleghi collocano l’inizio della distillazione industriale a Zawar circa mille anni fa, la Historical Metallurgy Society nel XII secolo. Le miniere e i forni di Zawar lavorarono poi per secoli, e gli scavi vi hanno riportato alla luce i forni e le loro storte.

La Cina cominciò a produrre zinco a metà della dinastia Ming, nel XV e XVI secolo, con un proprio metodo a storte diritte. Officine scavate lungo il corso superiore e medio dello Yangtze risalgono a quel periodo, e un trattato sui mestieri di epoca Ming, il Tiangong Kaiwu, descrive e illustra la fusione dello zinco. Lo zinco cinese finiva soprattutto nell’ottone, compreso quello delle monete in lega di rame dell’impero.

Lingotti cinesi di zinco recuperati da un relitto: lo zinco asiatico raggiungeva l’India e l’Europa per mare.

Dal XVI secolo piccole quantità di zinco asiatico arrivarono in Europa. Lo zinco cinese, trasportato dalle Compagnie olandese e inglese delle Indie orientali, dominò poi il mercato mondiale fino al XIX secolo. Nel 1738 William Champion, di Bristol, brevettò un modo di produrre zinco dalla calamina su larga scala, per distillazione in storte chiuse. In seguito si trasferì a Warmley, a est di Bristol, dove costruì uno stabilimento che fondeva rame e zinco e produceva ottone e oggetti finiti in un unico luogo.

Durante la prima guerra mondiale la Anaconda Copper Mining Company cominciò a raffinare lo zinco per elettrolisi nel Montana, verso il 1915–1916, con l’elettricità delle dighe idroelettriche della zona, per trattare minerali complessi difficili da fondere, e presto spostò il suo principale impianto per lo zinco a Great Falls. L’elettrolisi si diffuse nella maggior parte degli impianti nel corso del XX secolo, e con essa l’uso dello zinco per zincare l’acciaio, per i pezzi pressofusi e per gli elettrodi di molte pile.