GeoRisorse e mineralogia applicata, appunti delle lezioni.

Bisogna prestare molta attenzione alla realtà economico – industriale. Smirnoff fece una prima classificazione delle georisorse, dividendole in base all’uso che se ne fa.
I minerali metallici sono quelli che, dopo l’estrazione e il trattamento, producono un certo numero di elementi naturali. In questo senso il minerale è la materia prima che si estrae.
Dei minerali metallici fanno parte i metalli ferrosi (sideriti), che tendono a concentrarsi dove c’è molto ferro. Ne fanno parte: ferro, cromo, titanio e manganese. Il ferro unito ad uno degli altri tre elementi da origine ad un acciaio, che addizionato in laboratorio di una piccola percentuale di carbonio e silicio diventa l’acciaio a noi noto. L’acciaio in quanto georisorse, che quindi si trova così com’è in natura, è quello senza carbonio e silicio.
Il magnesio fu il primo (1803) ad essere conosciuto dei metalli leggeri. Questi sono delle georisorse che vengono sfruttate ai tempi nostri, ora che la tecnologia lo permette. Prima di questo però, non essendo in condizione di essere sfruttati, non erano considerati georisorse, quindi è tutto relativo al bisogno che ha l’uomo di certi materiali il fatto che questi vengano considerati o meno georisorse. Ne fanno parte oltre al magnesio l’alluminio, il berillio (moderatore di neutroni), il litio.
Vi sono poi i metalli non ferrosi (metalli moderni), le cui modalità di trattamento nascono con l’industria moderna. Tra questi vi sono rame, piombo, zinco e antimonio.
Le utilizzazioni delle georisorse cambiano nel tempo a seconda delle necessità dell’uomo.
Altri gruppi sono i metalli rari e i minerali radioattivi, e ancora i metalli nobili, la cui estrazione e il cui trattamento crea grossi problemi per l’inquinamento.
Troviamo poi gli elementi dispersi che richiedono un trattamento molto costoso e le terre rare, che sono importanti per l’industria informatica.
Vi sono georisorse, come i minerali non metallici, che vengono utilizzate come sono, senza processi metallurgici, e sono importanti perché entrano nei cicli industriali per la preparazione di altre cose. Ad esempio la fluorite, utilizzata per le lenti delle macchine fotografiche a causa della sua bassissima dispersione cromatica dovuta al suo basso indice di rifrazione, grazie alla quale permette lo sviluppo di immagini molto nitide. Un'altra proprietà della fluorite è l’abbassamento della temperatura di fusione, quindi è un fluidificante per l’estrazione ad esempio dell’alluminio.
La criolite è il più importante tra i fluidificanti e viene sintetizzata dalla fluorite. Contiene già l’alluminio all’interno della sua formula chimica ed è molto utile per estrarre l’alluminio dalla bauxite. I fluidificanti in generale abbassano il dispendio energetico e fanno risparmiare.
Altri gruppi sono i refrattari e gli isolanti termici usati per i rivestimenti, come la grafite, la cromite e gli asbesti. Alcuni di essi sono isolanti perché contengono aria, come la vermiculite, con struttura TOT – H2O – TOT. Scaldandola l’acqua va via e la cromite si espande, acquisendo le proprietà di non condurre calore, rumore, elettricità ecc. Anche il talco ha una struttura simile, ma non si espande ed è quindi meno buono come isolante. Anche la magnesite (isolante basico) e la quarzite sono isolanti.
Ancora troviamo i refrattari di alta temperatura, tra cui andalusite, cianite e sillimanite e diasporo usati per la produzione delle porcellane, anche come isolatori per le linee di altissima tensione (per cui viene usata anche la mullite). La dumartierite è usata per l’invetriatura delle terrecotte.
Vi sono poi i materiali grezzi, usati per la chimica e l’agricoltura. Per la chimica ad esempio sali vari, lo zolfo, pirite (per l’acido solforico), arsenopirite (anche per produrre arsenico), realgar ecc. Per la chimica in generale si utilizzano minerali ionici di bassa resistenza chimica e quindi ottenibili a basso costo.
Per l’agricoltura si usa ad esempio l’apatite, per fare crescere meglio le piante (si può per questo utilizzare anche il guano) e la tormalina.
L’economia mondiale utilizza sempre di più il ferro e l’acciaio, soprattutto i paesi del terzo mondo. Lo stesso vale per l’alluminio. Il rame è il conduttore principe di basso costo e continua ad essere molto utilizzato.
Pietre, argille vetro, cemento e soprattutto il petrolio e i suoi derivati hanno visto negli ultimi anni una crescita minore del loro utilizzo. Per il petrolio in particolare ciò è dovuto all’aumento del suo prezzo, al successo del nucleare e all’inquinamento che provocano i suoi derivati (plastica) che ne ha incentivato il riciclaggio.
Le georisorse utili sono quelle che presentano giacimenti adeguati e in cui l’estrazione è conveniente. Bisogna sempre vedere se vale la pena economicamente.
Da noi per esempio abbiamo molte miche, ma non le sfruttiamo perché non si trovano cristalli grossi. In Piemonte vi sono grosse concentrazioni di grafite non sfruttata perché situata in zone non convenienti per l’estrazione e perché è di formazione recente, il che la rende meno qualificata. Sono due esempi questi in cui una georisorsa non viene sfruttata per motivi di convenienza. Un altro parametro molto importante da considerare è il costo della manodopera oltre alla densità abitativa della zona in cui dovrebbe svolgersi lo scavo.
La magnetite è utile per estrarre il ferro ed inoltre contiene anche cobalto, nichelio e titanio. La cromite si sfrutta per il cromo. Ilmenite e rutilo per il titanio. Il rutilo inoltre in certi casi contiene anche niobio e tantalio (elementi dispersi). Il berillo viene sfruttato per il berillio e in subordine per cesio e litio. Platino, osmio e iridio si trovano come accessori della magnetite in Canada. La cerussite si sfrutta per il cadmio e il piombo.

Le tecnologie moderne permettono di usare cristalli sempre più piccoli, dato anche che ormai in natura i cristalli grossi scarseggiano.
Le pietre preziose vengono anche chiamate gemme. La loro industria impiega 500.000 persone, soprattutto in lavori duri.
Tra i materiali industriali troviamo i cristalli industriali, dielettrici, che fungono da isolanti. Tipici minerali di questo tipo sono le miche, come la muscovite, che non contiene ferro ed è un perfetto dielettrico ed inoltre è anche trasparente. Altra mica usata è la flogopite, ma il Italia ce n’è pochissima, mentre in Madagascar se ne trovano cristalli enormi. La maggior parte di queste miche comunque viene ampiamente sintetizzata. Le miche che contengono OH (che si scinde) si decompongono alle alte temperature causando problemi, quindi questo tipo di miche non verrà sintetizzato, bensì quelle con F- (ad esempio la fluorflogopite), che garantisce alla mica la resistenza alle più alte temperature.
Tra i materiali industriali troviamo anche gli abrasivi, come il diamante, il corindone, il quarzo (il più usato) e il topazio o i granati. Basta fare riferimento alla scala di Mohs per rendersi conto che sono i minerali più duri. Sono usati per levigare le superfici. Devono fare un reticolo infinito di righe sulla faccia da levigare. Il diamante per abrasivi viene triturato. Il quarzo è molto usato ad esempio a Roma per pulire le facciate dei palazzi, spesso costituite da calcari. Il quarzo quando viene sparato a pressione su superfici dure viene nebulizzato, e se inspirato può provocare la silicosi. Il danno per l’uomo è ancora maggiore se ad essere respirato non è il quarzo ma le fibre degli asbesti.
Importanti poi sono i materiali piezootiici. Sono quei materiali che possiedono piezo e piroelettricità. La piezoelettricità è caratteristica dei minerali acentrici, mentre la piroelettricità di quelli acentrici con asse singolare unico. Il quarzo è il più importante piezoelettrico. La tormalina è usata nell’industria militare. I materiali piezoelettrici sono anche ottici. Si può modulare l’effetto fisico in funzione di quello che si vuole ottenere.
Troviamo ancora le sostanze criptocristalline e amorfe. Quelle criptocristalline hanno una ripetizione non a lungo raggio. Sono costituite da tanti piccoli tasselli diversi, come in un mosaico. L’agata è una varietà microcristallina del quarzo. È fatta di numerosissimi minuscoli domini di quarzo. La luce passa in modo diverso attraverso ogni cristallino e si scompone. Allora può aversi iridescenza (opale) oppure si può avere la prevalenza di un determinato colore, che però è un falso colore, perché il minerale di per se è trasparente.
L’ossidiana (vetro) è nera perché la luce si diffonde al suo interno, cioè viene assorbita. Il diaspro è simile all’agata, ma il calcedonio è messo a casaccio e non orientato come avviene nell’agata.
La rodonite è usata come gemma, la malachite è di un verde brillante, concrezionata. Dalla lazurite vengono i lapislazzuli. La nefrite è un aggregato fine di anfiboli che formano un feltro. La giada è simile alla nefrite, ma ha al posto degli anfiboli i pirosseni ed è più dura. La selenite è una concrezione di gesso in cristalli fini. Troviamo anche l’ambra, un mineraloide.
Le rocce sono aggregati di minerali sciolti o compatti. La roccia può essere in lastre, blocchi ecc. Il marmo è un termine che identifica qualsiasi roccia passibile di lucidatura, come ad esempio la labradorite. L’andesite è resistentissima agli acidi. La felsite è fatta di cristalli incrociati. Le marne, calcare più argilla, sono i materiali che si usano per fare il cemento. Ancora troviamo i materiali per riempimenti leggeri (come le pomici) e i materiali per i vetri e le ceramiche.

Le rocce sono anch’esse georisorse. Possono essere utilizzate in due modi: in modo passivo perché sono i giacimenti dei minerali. In questo caso possono anche essere un fastidio perché l’estrazione dei minerali dalle rocce è molto complessa e fastidiosa, con gravi rischi di inquinamento. Le rocce però possono anche essere utilizzate in modo attivo, cioè utilizzate in quanto tali perché servono a qualcosa di preciso.
L’ardesia è un argilloscisto compatto usato per le tegole (al nord piode) o per le vere lavagne nel caso in cui si rompa dando grandi superfici lisce. La lavagna è una roccia mista carbonatico – argillosa e carboniosa. È meno resistente dell’ardesia all’attacco degli acidi (il calcare si scioglie).
L’argilla difficilmente si usa di per sé. È usata come anima delle dighe non troppo grosse, ma soprattutto come fonte dei minerali delle argille, che hanno molte applicazioni industriali (lavorazione di porcellane, terrecotte ecc.).
Bauxiti, lateriti e terre rosse, che si trovano in croste e tasche, sono usate per l’estrazione dell’alluminio.
Le bentoniti, argille molto ricche di montmorillonite, si gonfiano al contatto con l’acqua. Sono fondamentali come fanghi da perforazione: il fango rimane fluido finché si trivella. Poi, quando cessa il movimento il fango floccula, si deposita sulle pareti del foro, sostenendolo e impermeabilizzandolo. In Italia Ponza era fonte di bentoniti.
La diatomite (tripoli o farina fossile) è una roccia fatta da diatomee che si usa per l’adulterazione dei cibi.
Ghiaie, puddinghe e brecce sono usate come inerte per calcestruzzo. Le puddinghe sono usate anche come pietra per facciate (a Milano ad esempio il ceppo).
Gneiss, micascisti e rocce scistose hanno la capacità di rompersi in strati sottili o spessi. Al nord Italia vengono usati per superfici, muri o rivestimenti.
Graniti e marmi sono usati per il completamento dei rivestimenti; le marne sono usate per la produzione del cemento.
La perlite è un’ossidiana che si è raffreddata a contatto con l’acqua e si è frantumata assumendo forme sferiche. È ottima per i pavimenti perché è molto leggera.
I pigmenti naturali e le terre colorate sono rocce sedimentarie incoerenti che contengono minerali a miscuglio che hanno un colore proprio. Si usano per colorare, ma sono costose.
Pomici, pozzolane e scorie sono inerti leggeri.
I porfidi quarziferi sono una roccia abbastanza conveniente per la pavimentazione delle strade, per cui vengono usati anche basalti e rocce effusive, più costosi.
L’Italia esporta tutte le quarziti che produce. Sono arenarie metamorfosate e vengono usate come pietra da rivestimento.
Sabbie e arenarie possono essere poco coerenti e allora sono le sabbie propriamente dette. Possono essere coerenti e allora vengono usate per i rivestimenti, ma di bassa qualità.
L’alabastro calcareo è concrezionale e si forma nelle cavità. È variegato nel colore, ma traslucido. È quindi molto decorativo (un esempio su tutti: Volterra). L’alabastro vero è gesso a grana fine.
Le rocce ignee contengono i minerali femici che danno l’indice di colore della roccia. Le rocce sedimentarie comprendono calcite, dolomite e rocce evaporitiche. Sono importanti perché i duomi salini sono trappole per il petrolio.
Minerali accessori nelle rocce sono molto importanti. Come gli epidoti, tra cui l’allanite, epidoto di terre rare.
Vi sono poi i minerali pericolosi per l’uomo. Nessun minerale in linea di massima è dannoso di per sé. Il danno ci può essere per carenza o eccesso di un minerale. Vediamoli…
L’ematite è pericolosa se viene scaldata all’aperto, perché i fumi di ematite sono nocivi ai polmoni. Limonite e bauxite danno origine a polveri che sono nocive se inalate. I cristalli di brucite tendono a dare origine a fibre (nemolite). Ne sono ricche le rocce serpentinose. Quando si estraggono questo tipo di rocce le fibre si infilano nei polmoni e li forano. I fillosilicati sono pericolosi se sotto forma di polvere perché chiudono gli alveoli polmonari. Anche le zeoliti fibrose perforano i polmoni.
Progressivamente l’estrazione di materiali fondamentali diminuisce nel tempo a favore del riciclaggio.

La sistematica dei minerali georisorse la faremo secondo una visione geologica basata sulla serie di Bowen (da rocce mafiche a rocce più chiare fino al sistema residuale con le pegmatiti).
La differenziazione ha come motivo la diminuzione della temperatura. Per le georisorse è anche importante la pressione, perché di solito queste si trovano nelle parti più antiche della crosta terrestre (cratoni), formatesi in profondità come rocce plutoniche o metamorfiche e ora esposte in superficie.
Bowen fece un esperimento sulle rocce plutoniche per vedere le varie fasi della cristallizzazione. Osservò quindi la differenziazione magmatica graviatativa: i cristalli più grossi si situavano in basso e quelli più piccoli via via più in alto. Poi Hess provò ad applicare il modello di Bowen sui magmi basaltici ad una intrusione di forma ovale con minerali diversi organizzati in varie fasce (tipo strati) andando dal centro verso l’esterno. Poi estese ed applicò il modello ad un’altra intrusione molto più grossa. Si poterono così fare prospezioni minerarie con un certo successo.
Con il modello di Hess si studiò un’intrusione in Groenlandia deglacializzata da poco e quindi in ottime condizioni.
Nelle intrusioni, ma non in tutte, esiste la zona sovraraffreddata in cui, secondo il modello, dovrebbe precipitare non il primo minerale nella sequenza di Bowen, ma uno di più bassa temperatura. Questo avviene in tutto il guscio dell’intrusione, dove si formano rocce prevalentemente plagioclasiche e anortositiche. Questo fatto è importante per le prospezioni geologiche, perché lo strato sovraraffreddato è uno strato guida che indica la fine o l’inizio dell’intrusione.
Lo strato basale di una intrusione è di solito peridotite o dunite, quindi a olivina. Molto importanti ai fini delle georisorse sono le rocce ignee cumulitiche (cumulati). Questo tipo di rocce le abbiamo anche noi in Italia, ma recenti e pesantemente metamorfosate. In generale sono fatte dal minerale a più alta temperatura di cristallizzazione che cade verso il basso e possono presentarsi in tre stadi.
Nello stadio1 che avviene se la caduta è veloce abbiamo cristalli euedrali sparsi all’interno di una matrice a grana più fine. I cristalli maggiori possono accrescersi per zonatura, nel qual caso il nucleo è più antico del bordo. Nella matrice vi sono i minerali importanti come georisorse. Nello stadio2 che avviene se la caduta è più lenta c’è meno matrice perché i cristalli sono più grossi e si accumulano di più. Si possono trovare eventuali inclusioni ricche di minerali importanti come georisorse. Nello stadio3 i cristalli si sono succhiati praticamente tutto. È in caso meno favorevole all’estrazione di minerali utili, mentre il più favorevole è quello con la maggiore presenza di matrice: il primo stadio.
Il processo di cumulus può riguardare anche una parte intermedia a temperatura più bassa in cui vi sono due o tre minerali che precipitano, come olivina e plagioclasio, che hanno interposti i minerali che interessano economicamente. Un esempio di un giacimento di questo tipo è quello di Kiruna in Svezia dove si estrae ferro al cromo silicio ovvero acciaio già fatto.
Come inclusioni in olivina e plagioclasio oppure dispersi nella matrice si presentano gli spinelli. Quello di Mg e Al è usato per fare gemme rosse, avendo lucentezza subadamantina, essendo trasparente e rosso. Negli spinelli un aumento dell’indice di rifrazione e della lucentezza corrisponde ad un aumento della densità.
Come durezza sono leggermente inferiori al corindone. Da ricordare che il colore non serve al fine della prospezione. Negli spinelli si osservano tutti i colori possibili (i più importanti sono quelli neri). Nelle rocce granitiche si trova l’ercinite.
Gli spinelli economicamente più importanti sono magnesioferrite, magnetite, magnesiocromite e cromite. La cromite precipita con i PGE e viene usata per fare l’acciaio al cromo e al titanio.
Gli spinelli hanno tre serie: quella dell’Al, quella del Fe (cui appartengono magnetite e magnesioferrite) e quella del Cr (cui appartengono cromite e magnesiocromite). Sono alla base di serie cumulitiche. I più grandi giacimenti di magnetite sono in Africa e in Brasile, nella formazione delle Banded Iron Formation (BIF).
Altro gruppo di minerali importanti sono i solfuri di rame e ferro.

In una intrusione è stato trovato uno strato di bolle di 3 cm di diametro a solfuri di pirrotina e calcopirite. Queste bolle si formano quando ad alte temperature in un magma vi è lo zolfo gassoso, che è non miscibile con il fluido silicatico e resta isolato in bolle di solfuri che poi si depositano sopra il limite della roccia già prevalentemente cristallizzata. La pirrotina è un minerale più povero in ferro della trilite delle meteoriti. Il nichelio però può sostituire il ferro e quindi la pirrotina diventa importante per l’estrazione del nichelio.
Dalle bolle prima si deposita la pirrotina, poi la calcopirite e alla fine la pirite quando i metalli nobili sono già precipitati. Questa pirite quindi non è aurifera.
La pirite è molto più dura della calcopirite e questo aiuta a distinguerle. Per quanto riguarda il colore pirite, calcopirite e pirrotina sono idiocromatici, ma tra loro hanno colori molto simili. La calcopirite si distingue dalla pirite anche per le patine che si formano sui cristalli in ambienti umidi e ossidanti: la patina è marroncina sulla pirite e viola sulla calcopirite. La pirrotina è leggermente magnetica. La calcopirite la troviamo nei porfiri copper ares, nei depositi vulcanici sottomarini. In Italia la troviamo da deposito vulcanico sottomarino in Liguria orientale, ma sono giacimenti non sfruttati. Il giacimento più importante è in Sudafrica. I filoni idrotermali contengono pirite ricca in oro, vanadio ecc. E’ la pirite aurifera per eccellenza. In Italia presso il Monte Rosa.

Un fuso di composizione solforica si dissocia dal magma silicatico prima ancora che questo inizi a cristallizzare. Nell’area dei minerali olivinico - pirossenici abbiamo visto i pirosseni, che però possono precipitare anche immediatamente prima di questi. L’olivina si usa quando va a costituire le rocce dunitiche.
Ora dal punto di vista minerario saltiamo i graniti in cui sono presenti i minerali radioattivi e passiamo al sistema residuale. Questo è una porzione liquida arricchita in silice, allumina, sodio e potassio e soprattutto di elementi rari, dispersi e volatili. Il sistema residuale lo possiamo localizzare nella massa superiore dell’intrusione, dove troviamo rocce come i graniti e i porfidi granitici nelle fratture dei quali troviamo i filoni pegmatitici, risultato della cristallizzazione nella frattura del liquido residuale.
I filoni pegmatitici sono molto acidi e sono costituiti da cristalli enormi. Contengono minerali ricchi di silicio e alluminio, quindi tettosilicati come i feldspati o i feldspatoidi. Questi minerali concentrano degli elementi rari che vanno a cristallizzare alla fine quando tutto si raffredda. Troviamo inoltre dei ciclosilicati che debbono, date le loro caratteristiche, essere ricchi di elementi rari. Vi sono poi elementi volatili che alla fine devono per forza cristallizzare. Vi sarà OH ma anche del fluoro, mentre non troveremo Cl, Br, I.
I filoni pegmatitici sono quindi importanti fonti di georisorse. In Italia sono stati sfruttati nella seconda guerra mondiale per ricavare la muscovite (per le finestre degli altoforni) e le tormaline (per i sonar). Le pegmatiti sono molto variabili mineralogicamente e sono frutto di un lungo processo (anche decine di Ma), quindi non è stata ancora trovata una connotazione petrogenetica regolare per la loro formazione.
Minerali che troviamo globalmente nelle pegmatiti:
Ambligonite e Montebrasite: non si trovano in Italia. Sono fosfati che danno fosforo di alta qualità per l’acciaio e per i metalli leggeri. Abbiamo inoltre a che fare con fosfati di litio, che è molto importante industrialmente. Sono facilmente utilizzabili perché nelle pegmatiti formano grossi cristalli ed hanno inoltre una perfetta sfaldatura che li rende facilmente riducibili alla grana di liberazione. Come difetto hanno la disomogeneità composizionale. Al posto del litio poi può entrare del sodio in quantità non rilevanti, ma tali da abbassare il valore del minerale. Il giacimento più grande è nel Custer, nello stato del South Dakota.
L’andalusite non è tipica delle pegmatiti, ma può esserci dove c’è molto alluminio. Un’andalusite di questo tipo è usata per l’invetriatura delle porcellane di qualità dopo essere stata trasformata in mullite. La chiastolite è un’andalusite geminata a croce o fatta a ciottolo. All’interno vi si trovano una serie di puntini neri di grafite, il che ci dice che la pegmatite in cui è cristallizzata la chiastolite ha avuto la forza di infilarsi nelle rocce sedimentarie soprastanti l’intrusione, che possono essere ricche di materia organica. Questo è avvenuto ad esempio in Madagascar. La grafite di questo tipo è di altissima qualità ed è usata per i crogioli.
Il berillo è molto utile. Quando è puro la sua utilità è limitata. Normalmente però è alterato. I colori sono molto vari (anche rosso). All’Isola d’Elba c’è la rasterite che è tabulare. Nei filoni pegmatitici il berillo può dare origine a cristalli giganteschi (18x3m in Madagascar). Il berillo è usato per fare gemme come smeraldi e acquamarine. Inoltre viene usato per l’estrazione del berillio, fondamentale come moderatore di neutroni e nelle leghe leggere insieme al rame (leghe di rame – berillio usate per conduttori di alta energia), che rende duttili e malleabili e durissime. A volte viene lasciato da parte il berillio per estrarre altri elementi, alcuni dei quali non fanno parte della struttura, ma si concentrano negli anelli. Si può infatti trovare acqua o cationi di elementi rari come cesio e litio che sono rimasti intrappolati. Il cesio è usato per i fuochi pirotecnici e nelle centrali nucleari. Il cesio è il più pesante grosso dei minerali alcalini.

Fosforo: la maggior parte del fosfato per concimi si prende dal guano. Ambligonite e montebrasite sono importanti perché il fosforo che contengono (oltre al litio e al fluoro) è utilizzato con il ferro per dare una lega molto dura (acciaio al fosforo). Il litio è usato in applicazioni che necessitano di colori rosso – viola permanenti. Il fluoro è usato per sbiancare. L’Italia importa l’andalusite per l’invetriatura delle porcellane di qualità. Il berillo è usato come gemma o per ricavare il berillio, che è la fonte principale del cesio, che rimane intrappolato nei canali della sua struttura. Gli impieghi del berillo sono quindi nell’industria nucleare e dei metalli speciali, come l’acciaio al berillio, che contiene anche rame.
Corindone: rosso è il rubino, azzurro è lo zaffiro, verde è lo smeraldo orientale. Ha praticamente tutte le varietà di colore. L’industria fondamentale del corindone non ha a che fare con le pegmatiti, perché il corindone industriale, lo smeriglio, è legato a giacimenti di terre rosse metamorfosate. Deriva quindi da una roccia sedimentaria, ed è di conseguenza grigiastro e brutto, ma se ne forma molto e i costi quindi sono bassi. Lo smeriglio è usato come abrasivo, insieme ad esempio al quarzo. Gli abrasivi di qualità e precisione si fanno con il diamante (il 98% dei diamanti cavati in Sudafrica vengono macinati). La Birmania è il principale produttore di rubini e zaffiri, e per mantenere i prezzi alti ne macina una gran parte.
Le pegmatiti sono quanto di meglio si può trovare per l’industria dei feldspati. Una pegmatite infatti è fatta per il 60% da feldspati e per il 30% da quarzo. I feldspati vengono liberati dal quarzo e usati per la porcellana. Per la porcellana l’ideale è usare il caolino, di cui il migliore del mondo è quello cinese, perché fatto solo di caolinite, che a caldo si disidrata e diventa sillimanite o mullite, dando porcellane resistentissime e di peso ridotto nonché isolanti, usate per le linee di alta tensione. Per quanto riguarda i feldspati, nelle pegmatiti non c’è l’anortite perché precipita alle prime fasi di una intrusione. Tutti i feldspati che si trovano nella pegmatite vengono attaccati con acidi per allontanare gli elementi chimici meno legati al sistema (ovvero i metalli alcalini). Rimangono alluminio e silicio sotto forma di una spugna, che può essere macinata e rimodellata per fare le porcellane. Queste porcellane sono diverse da quelle fatte con il caolino che hanno capacità plastiche, mentre la spugna di Al e Si va utilizzata a stampo per dargli la forma, e quindi non ci si possono fare oggetti elastici. La maggior parte della porcellana comune è quella fatta con i feldspati. Se si vogliono ottenere porcellane raffinate nei feldspati ci deve essere pochissimo ferro, cha da un colore giallino. Gli smalti vogliono ancora meno ferro. Si usano i feldspati anche per fare i vetri, compito per il quale so usano i feldspati di più bassa qualità, che in questo caso non vengono trattati come per la produzione della porcellana. I metalli alcalini infatti vengono lasciati per abbassare il punto di fusione.
Al bordo di molte pegmatiti si vedono una serie di puntini rossi, in corrispondenza del chilled margin. Qui si formano due minerali: la tormalina nera e i granati. Di solito il granato che si trova è la spessartina, che al naturale è gialla arancio, ma qui è rossa per il ferro. È usata per fare abrasivi, avendo durezza 8.
Troviamo ancora le miche lepidotite e muscovite. La muscovite è bianca e contiene pochissimo ferro. È diottaedrica. Dà origine (non in Italia) a lamine di metri di diametro (meno della flogopite che è triottaedrica). La muscovite è ottima come coibente elettrico, meglio della flogopite. Viene usata anche per gli altoforni. La lepidotite ha le stesse caratteristiche della muscovite, ma una parte dell’alluminio è sostituito dal litio. È viola. È rilevante economicamente perché il litio viene estratto per l’industria dei colori. Come l’oro che nelle crosta in percentuale è pochissimo presente, ma si trova in giacimenti economici perché ha la capacità di separarsi dalle rocce e concentrarsi, così ha la capacità di concentrarsi nella lepidolite il litio.
La petalite anche si usa per il litio. Si trova in masse gigantesche in alcune località. Può anche essere utilizzata nell’ottica.
Lo spodumene si trova in quantità tra Canada e Stati Uniti. Il più grande giacimento è in Quebec. Si usa anch’esso per il litio, mentre le varietà verde e violacea si usano come gemme. In Canada è usato anche per le porcellane.
Lo zircone è comune. È un minerale che si trova anche nei graniti. I cristalli delle pegmatiti sono grossi e belli. Lo si fa anche sintetico. È un minerale indistruttibile Lo zirconio può essere sostituito da uranio e torio, e se continene questi due elementi è sottoposto a decadimento radioattivo, con la conseguenza che le particelle a possono spostare lo zirconio, facendo diventare il materiale disordinato quasi come un vetro (zircone metamittico), che in questi casi diventa rosso o nero. Lo zircone è quindi usato per le datazioni radiometriche usando il rapporto U/Pb, che da risultati molto precisi. Industrialmente servono per lo zirconio a l’afnio (sostituto dello zirconio) che sono metalli molto pesanti eppure che simulano al 100% minerali molto più leggeri. Finestre di zirconio sono isolanti per la radioattività.

Il sistema residuale è costituito da silicati che solidificano come pegmatiti. In questo caso la componente acqua è supercritica, ovvero non si capisce se è un gas o un liquido. Sotto i 400°C entriamo nel ciclo o fase idrotermale, in cui i minerali precipitano da un fluido acquoso subcritico. Questi minerali, i minerali idrotermali, sono molto importanti, anche più dei minerali ortomagmatici, perchè facilmente scalfibili, ricavabili e utilizzabili anche con i mezzi più rudimentali, perchè sono dei precipitati entro fratture (a volte si trovano sciami di filoni).”una buona parte dei giacimenti importanti si trovano sotto forma di filoni tabulari o colonnari tipo dicchi o sill”. Questa affermazione in parte è sbagliata perchè i più grandi giacimenti mondiali sono trasversali alle rocce del basamento, come vere e proprie fratture. “questi filoni ci sono in tutti i tipi di rocce”. In Italia: filoni di cassiterite nelle rocce vulcaniche presso Campiglia Marittima; gli Etruschi li sfruttavano come fonte di ossido di stagno per fare il bronzo. In rocce metamorfiche del Monte Rosa vi sono filoni di quarzo aurifero (Pestarena). In rocce sedimentarie vi sono giacimenti filoniani in Sardegna (galena, argentite).
“precipitano i minerali nelle vene con una distribuzione telescopica”. Questo è utile per orientarsi nelle vene con la temperatura, per la prospezione geologica dei giacimenti idrotermali.
In Croazia vi è il più famoso giacimento di zinco del mondo. Lì si è verificata la formazione di una cavità nelle dolomie per carsismo, successivamente invasa dalle soluzioni idrotermali. Vi è però anche un'altra teoria (dal 60 in poi): si è verificato un fenomeno analogo alle bauxiti per Pb, Zn e Cd, e questa solution cavities sono dovute al carsismo che ha portato alla concentrazione di questi minerali prima dispersi nella dolomia. L'idrotermalismo per effetto delle acque calde qui è connesso non con il raffreddamento di un magma, ma con il normale circolare delle acque in queste zone di concentrazione dei minerali.
“la maggior parte dei filoni sono ipogei e quindi legati al raffreddamento del magma”. Possono anche essere legati al normale ciclo dell'acqua. “ciò che rimane oltre lo stadio pegmatitico sono i minerali idrotermali”. “quando un giacimento filoniano viene intersecato da un lavoro minerario in superficie si vede un fenomeno particolare”. In superficie, per uno strato A, l'acqua ossida i minerali per l'alto contenuto di ossigeno (ad esempio il solfuro diventa solfato). In un sottostante strato B i minerali sono a contatto diretto con la falda e quindi con l'acqua, che li riduce (per il basso contenuto di ossigeno). Ad esempio la pirite si spoglia di rame o oro purificandosi. Scendendo ancora nel filone si arriva alla zona C, dove si ha il giacimento allo stato originario. La falda si muove e le zone A. B e C si muovono con la falda, dando luogo alla formazione di zonazioni e concrescimenti.
I minerali idrotermali primari ipogei (di più alta temperatura, solfuri). Questi nella zona di ossidazione si trasformano in altri e nella zona superficiale in altri ancora. Questo fatto è importante, perchè se in superficie trovo un certo minerale lo ricollego con quello che deve esserci in profondità, da cui deriva per reazione e che è il minerale che devo cercare.
Calcopirite e Bornite si usano per il rame. Tetraedrite e tennonite sono importanti per arsenico e antimonio, che sono affini ad argento e mercurio e di cui quindi questi minerali sono ricchi. Se trovo rame nativo in superficie ho trovato una grande miniera di rame. Scendendo di temperatura perdiamo il rame e restiamo col ferro (pirite, marcosite e pirrotina). Se la temperatura scende ancora troviamo galena e sfalerite. Il piombo (galena) si trova solo nei giacimenti idrotermali, in cui si forma la galena perchè il piombo non arriva ad alte temperature. La sfalerite nelle zone di ossidazione e riduzione si trasforma in infiniti altri minerali in cui si isolano vari elementi chimici, come la decloasite, contenente vanadio, zinco e piombo contemporaneamente. La cerussite è il minerale di piombo cavato vicino Atene (Salamina).

ASBESTI
Sono quelli che in Italia, unico paese al mondo, vengono ancora chiamati amianti. Il significato del termine asbesti è “ignifughi”. Sono utilizzati anche come pannelli leggeri e facili da usare (ad esempio l'eternit, formato da cemento e fibre di asbesto). Hanno anche la caratteristica di essere anti frizione, senza distruggersi (usati quindi ad esempio nei freni a tamburo). In tutte queste applicazioni citate gli asbesti hanno la tendenza ad essere soppressi, perchè sono pericolosi per la salute. Vengono usati ancora solo come ignifughi. Ma in passato sono stati usati così tanto che anche se oggi non si usano più rimangono situazioni in cui permane il pericolo. Oggi in Italia c'è una forte industria per il recupero ambientale eliminando gli asbesti che rende moltissimo.
Un minerale è fibroso se il rapporto tra lunghezza e larghezza è superiore a 3:1. I minerali fibrosi sono numerosi (circa 400) e tutti i gruppi mineralogici hanno minerali fibrosi, tranne i metalli (salvo eccezioni). Nel Lazio ad esempio troviamo borati di ferro e magnesio; altri esempi sono i silicati a catena (Wollastonite, da metamorfismo di contatto con i carbonati), zeoliti fibrose (erionite, da noi la natrolite).
La conoscenza dei minerali fibrosi è limitata, soprattutto dal punto di vista epidemiologico. Infatti solo su una cinquantina dei minerali fibrosi si hanno buone conoscenze epidemiologiche. Per la legislazione italiana sono pericolosi solo 6 minerali fibrosi, gli amianti, quando in realtà ve ne sono molti di più e anche più pericolosi.
Il più importante e pericoloso degli asbesti è il crisotilo, che con antigorite e lizardite è un serpentino. E' un fillosilicato 1:1 (strato T-O). La cella fondamentale ha dei difetti e da luogo a tre fenomeni diversi cui corrispondono i tre minerali. Se dopo un po' di celle si rompe la continuità abbiamo la lizardite (Appennino), che forma delle laminette non troppo pericolose perchè se arrivano al polmone poi possono essere espulse. Se lo strato T-O si piega alternativamente abbiamo l'antigorite (Alpi), che forma cristalli ondulati, corrugati. Prende il nome dalla Valle Antigorio e non è pericolosa. In Appennino, ma soprattutto sulle Alpi c'è il crisotilo, che corrisponde al caso in cui il cristallo lamellare si avvolge su se stesso creando una fibra allungata. Modalità e raggio di avvolgimento presentano casi diversi (clino, orto e paracrisoltilo). In tutti e tre i casi comunque l'avvolgimento crea delle fibre delle dimensioni più varie, da lunghissime a corte. Le fibre molto corte si infilano negli alveoli polmonari, causando fibrosi (20 – 30 anni per la morte), o si arriva alla perforazione del polmone e al carcinoma (un tumore) o al mesotelioma (un tumore molto pericoloso). Se abbiamo una frattura in rocce di serpentino, nella frattura passa dell'acqua, con deposizione di crisotilo a fibra lunga parallelamente alle pareti della frattura. Poi quando le pareti sono abbastanza vicine si creano fibre corte messe oriazzontalmante. In queste fratture si trova anche un granato verde, il demantoide, molto costoso per fare pietre verdi da anello. Il crisotilo si trova soprattutto negli Urali meridionali e in Canada, in Cina e Brasile. In Europa la Gracia lo estrae e per questo è richiamata dalla UE. Il 95% dell'asbesto che ancora si usa è crisotilo, mentre si riducono gli utilizzi di altri tipi di asbesto, molto più pericolosi.
Quello che conta di più per la salute non è tanto l'estrazione, ma l'uso che se ne fa. Ad esempio la Grecia lo estrae ma non lo utilizza. In altri luoghi invece è molto utilizzato: il 41,6% in estremo oriente (Giappone, Cina ecc), il 25% dalla Russia.
Tutti gli asbesti vietati sono anfiboli (polisilicati).
L'Amasite è data dalla mescolanza di due anfiboli: antofillite e cummingtonite. Era molto estratta in Sudafrica, ma ora non lo è quasi più perchè molto pericolosa e senza grandi pregi. La Crocidolite è una mistura di ribechite e ferroglaucofane. Viene dal Sudafrica. È il più pericoloso degli asbesti, il più cancerogeno. Si continua ad usarla per crogioli per fusioni artistiche perchè regge fino a 1350°C senza deformarsi. È usata al posto della grafite perchè da origine ad un feltro che non si dilata anche in presenza di ossigeno e quindi costa meno in termini di energia. È così pericolosa perchè contiene il ferro in due stati di valenza il che provoca l'electrontransfer, ovvero è un minerale instabile. La fibra perfora l'alveolo provocando una ferita, arriva il sangue con l'emoglobina, che assorbe il ferro con una reazione chimica che provoca uno scompenso che provoca l'insorgenza del cancro. Tremolite, Attinolite e Antofillite non sono più usate da tempo.
La proibizione dell'uso degli asbesti ha creato gravi danni industriali all'Italia, che aveva una grandissima miniera in Val di Lanzo. Una lastra di eternit ha le fibre nel cemento. La lastra può rompersi facendo andare in giro le fibre. La mortalità da asbesto si è più che raddoppiata ogni 5 anni, e il mesotelioma è un tumore molto costoso. Si sono scoperti casi di tumore in zone non sospette, come alle pendici dell'Etna, in un comune agricolo. Lì il problema sta nelle cave di pozzolana, che presenta gladi riempiti di fibre di Fluoroedenite. Questo minerale non è proibito, perchè fino al 2001 non si sapeva neanche che esisteva. Le cave italiane di asbesto sono state studiate per il pericolo passivo, perchè una volta interrotta l'attività le fibre possono comunque andarsene in giro. Molto del materiale serpentinoso che era stato messo in discarica è poi stato usato nel riempimento delle costruzioni, che poi con il degrado mandano in circolo le fibre. Vi sono minerali non presi in considerazione dalla legge che hanno un abito fibroso e quindi sono pericolosi, come la Carlosturianite. Questi sono pericolosi cancerogeni, e le discariche delle cave da cui venivano estratti sono state fonte di materiale per costruzione.
Tra i minerali di questo tipo troviamo la Brucite, un idrossido che si avvolge su se stesso dando origine a fibre. È presente nelle serpentine delle Alpi. La Brugnatellite è un idrocarbonato pericoloso. Dell'Antigorite abbiamo già parlato. La Forsterite è un monosilicato che può riformarsi nelle serpentine delle alpi per metamorfismo dando origine a fibre corte. Tutti questi minerali si possono usare liberamente. Possono formarsi fasci di fibre; le analisi su questi minerali vanno fatte con il microscopio elettronico. La maggior parte degli amianti a 500°C si decompone, ma a prezzi enormi. Si può anche usare la concussione, usando magli per frantumare il materiale, facendo così amorfizzare l'asbesto. A questo punto basta riscaldarli poco per decomporli.
Il pietrisco delle cave di asbesto è stato molto utilizzato per il fondo delle strade e per le massicciate dei binari ferroviari. In pratica gli asbesti venivano usati per irrobustire qualunque materiale, e quando si tratta il problema degli asbesti ci si riferisce a qualunque materiale in cui sia stato inserito l’asbesto. Vi sono vari modi per trattare il problema asbesti (i rifiuti nucleari sono molto più difficili da trattare).
Vi è la stabilizzazione, al termine della quale non ci sarà un cambiamento nel tipo di asbesto, ma questo viene messo nelle condizioni di non nuocere per un periodo tale da non impensierire la vita di un uomo.
Vi è il trattamento chimico, che in realtà è un trattamento cristallochimica perché riguarda la struttura degli asbesti. Questo trattamento prevede la distruzione della struttura cristallina fibrosa per trasformarla in qualcosa di non aggressivo.
Il crisotilo puro (90%) è pericoloso solo per la fibrosi. Può presentarsi anche con zinco e manganese che sono pericolosi. Nel crisotilo il Mg può essere sostituito per il 5 – 6% del Fe2+; allora si verifica il fenomeno per cui il Fe2+ reagisce con il sangue creando complessi ottaedrici in cui si forma il carcinoma. Se nel crisotilo si stabilizza il Fe3+ questo può essere sostituito dall’alluminio. Questi sono tanti piccoli difetti che portano ad una maggiore pericolosità del crisotilo perché lo fanno diventare reattivo, e nell’organismo questa reattività causa il cancro.
La stabilizzazione prevede l’inglobamento in matrice di cemento. In pratica ad esempio si macina l’eternit e si usa per riempire blocchi di cemento. Alla fine del trattamento ho un aumento in dimensioni e peso. Il materiale ottenuto può essere inviato in discarica o usato per strutture portanti. Oggi gran parte dei blocchi (di forma tetraedrica) così ottenuti sono usati per i muri di contenimento delle spiagge. Questa non è una cosa intelligente, perché le onde prendono in carico l’asbesto.
Vi è poi l’inglobamento in matrice polimerica (non raccomandato). Si mettono insieme plastica e asbesti, poi si scaldano a bassa temperatura, dopodiché le fibre di asbesto sono disperse nella plastica. Dei blocchi di plastica risultanti non si fa nulla, vanno in discarica. Per eliminare la plastica si cercano nuove soluzioni.
I trattamenti chimici sono molto più costosi. Vi è la vetrificazione (poco usata in Italia). Si porta l’asbesto a 650°C per farlo fondere; poi lo si lascia raffreddare in modo da ottenere un vetro. In questo modo l’acqua esce, facendo calare il peso alla fine del trattamento. C’è bisogno di grandi fornaci che arrivano ad alta temperatura. Il vetro ottenuto viene polverizzato o trattato in altro modo, così che non farà più male a nessuno. Poi può anche essere utilizzato normalmente. Può anche essere buttato nel cemento come inerte.
Vi è ancora la ceramizzazione. Prevede anch’essa la fusione. È usata in Emilia, Veneto e Lombardia (distretto industriale di Sassuolo). L’eternit è composto da asbesto e cemento. Il cemento è composto da silicati di calcio ottenuti per reazione tra roccia carbonatica e argillosa. Nell’eternit quindi c’è anche tanto calcio. Allora si cerca di ottenere una fusione con il calcio, in modo da ottenerla a temperatura minore, con un conseguente risparmio. Quello che si ottiene è un materiale che ha caratteristiche di compattezza e robustezza simili alla ceramica. Questo materiale può essere profilato per fare strutture che però non devono entrare in contatto con l’uomo. Ci si fanno le tegole e rivestimenti vari. La massa alla fine del trattamento è aumentata per l’aggiunta della calcite.
La piroceramizzazione è simile alla ceramizzazione, ma è tesa all’estremo. Sta alla ceramizzazione come la porcellana sta alla ceramica. Ad esempio se bisogna eliminare totalmente la crocidolite tanto vale portare in fusione il materiale facendolo poi cristallizzare. Si ottiene una vetroceramica ( si ha la mullite) che può essere usata come si vuole.
Vi è ancora la litificazione. Il crisotilo ha struttura T – O, come le argille. Con un processo come quello con cui si fanno espandere le vermiculiti si fanno esplodere soprattutto lizarditi e antigoriti ottenendo un materiale buono per cementi e rivestimenti (e molto leggero) non più aggressivo. Questo trattamento è costoso ma molto utilizzato. Alla fine il bilancio di massa è invariato.
L’attacco chimico si fa con dei reagenti ed è abbastanza economico. L’acido fluoridrico fa decomporre gli asbesti, ma in questo caso il trattamento costa molto perché i contenitori che si usano per la decomposizione sono costosissimi. E poi con la soluzione ottenuta non si fa nulla.
Infine vi è l’attacco meccanico. È un metodo recente che se funziona sarà molto utile. Il crisotilo ha una struttura solida lungo lo strato, ma debole lungo la fibra. Si può ridurre tutto a frammenti molto piccoli per concussione. La macinazione deve essere ben fatta e svolta in un sistema chiuso. Nel caso del crisotilo la macinazione porta prima ad eliminare l’acqua con formazione di MgSi3O8 (prima del quale c’è una lunga fase amorfa) un silicato pulverulento non aggressivo che non si trova in natura. Poi si trasforma in Mg2SiO4 + 2SiO2: la forsterite, che non fa male a nessuno. Il costo c’è.

SECONDA PARTE

Rocce: dal punto di vista delle georisorse si dividono in pietre ornamentali (che hanno valore per la loro apparenza) e pietre per materiale da costruzione, soprattutto per riempimento di disuguaglianze del terreno. Poi vi sono i grezzi che servono, in varie combinazioni e con aggiunte, a costituire altri materiali, come il cemento.
Calcestruzzo: pietra da cemento con l’aggiunta di inerte. Gli inerti devono avere delle caratteristiche che gli permettano di reagire o di non reagire con il materiale da cemento per dare varie caratteristiche.
Rocce sia allo stato naturale sia trattate possono rappresentare i materiali grezzi per la produzione di ceramiche e vetri (il vetro oggi si produce poco perché oggi si tende a riciclarlo).
Utilizziamo tutto quello che ci da la natura. Nulla è georisorsa se non da un reddito, se vi è una georisorsa che costa troppo prendere e trattare non la si usa.
“Marmi”: qualsiasi materiale suscettibile di lucidatura. Bisogna fare attenzione a questo termine. Ad esempio una pietra come la labradorite (gabbro) non è un marmo nel vero senso della parola, ma è suscettibile di lucidatura e quindi per un marmista è marmo azzurro. Marmo in realtà è il calcare metamorfosato. I marmi più importanti, quelli delle Alpi Apuane, sono metamorfosati per subduzione. Molto spesso vengono chiamati marmi anche i calcari non metamorfosati. Il termine “graniti” comprende invece i graniti veri e propri e anche rocce a grana grossa, che però magari non sono graniti.
L’Italia è un grandissimo produttore di rocce lucidabili e migliorabili. Ne è anche un grande trattatore, per cui importa anche i grezzi, li tratta e poi li rivende una volta trattati. Questo però lo faceva soprattutto in passato; ora ci arriva roba in gran parte trattata. Questo per effetto della globalizzazione.
Ardesia (shale: argilloscisto o lavagna: argilloscisto nero): si cava nella costa ligure. Oggi però se ne cava poca. Quella che si usano in Italia oggi (tetti in liguria) viene importata dal Marocco, che non ha preoccupazione nel rovinare l’ambiente, cosa che invece ha la Liguria, che ora ha una vocazione turistica.
Realtà della produzione: si deve tenere conto di quanto si paga il cavatore e quanto costa il danno che si fa all’ambiente. Si deve insomma vedere se vale la pena trattare un materiale in Italia oppure se conviene importarlo semitrattato.
L’attenzione all’ambiente è una novità.
Calabria: c’è poca pietra buona perché per litologie è analoga al Piemonte, ma è stata trasportata a sud con alcune belle strizzate; il clima caldo – umido ha fatto il resto. La regione che produce di più è la toscana (marmo). Ma tutte le regioni dell’arco alpino producono abbastanza.
In Italia la parte di basamento cristallino – metamorfico è piccola, ma lì lavorano la maggior parte dei petrografi e si estraggono rocce.
Il travertino è resistente perché contiene ancora un po’ di aragonite che al contatto con l’aria diventa calcite e lo rinforza. È una pietra che necessita quindi di poca manutenzione.
In Italia ci sono approssimativamente 3000 cave di roccia e 500 – 600 cave di materiali sciolti. La Liguria è sostanzialmente povera di pietre per gli stessi motivi della Calabria (il materiale è risalito molto rapidamente e si è rotto). C’è però l’ardesia. La Val d’Aosta è costituita da montagne venute su dolcemente e quindi ovunque si trovano rocce molto belle. Si privilegiano le serpentine. Le serpentine della Val d’Asta hanno riflessi verdi erba molto accentuati (Verde di Chatillon, serpentino nobile). In Lombardia hanno ancora rocce verdi, e poi i graniti. Hanno valorizzato un calcare chiamato Botticino perché in Giappone è molto usato. In Veneto si estrae il conosciutissimo rosso di verona. In Friuli vi sono calcari di altissima qualità (Aurisina). In Piemonte vi è il marmo della Val Strona, molto bello ma fragile per la grandezza dei suoi cristalli. C’è anche il marmo di Candoglia, un marmo dolomitico rosa ottimo sotto ogni aspetto. Le cave sono proprietà del Duomo di Milano, e costa moltissimo. Un marmo simile a questo di Candoglia si trova in Alto Adige a Lasa, e costa meno. In Toscana c’è il marmo. Vi sono marmo bianco, serpentino verde diverso da quello delle Alpi (a grana grossa, non scistoso, massiccio) e il Giallo di Pietrasanta e Serravezza. C’è ancora il marmo lunense. Del marmo di Carrara ci sono moltissime varietà, di cui la più importante è quella bianca, lo statuario, a grana medio – fine, molto raro e costoso. In Toscana c’è anche molto granito all’Isola d’Elba.
I marmi sono beni durevoli (roccia utile di per se stessa) ma sono gestiti molto male. Il concetto di marmo è molto largo e con varie sfumature. Non vengono mai considerate marmi le arenarie o le calcareniti, che possono sembrarlo.
Marmo insomma è sinonimo di tagliabile e lucidabile. L’Italia è il principale paese che oltre a produrre i marmi li importa e li tratta; il marchio Italia è di grande valore.
I graniti delle Alpi hanno 3 piani di frattura: quello preferenziale è la pioda, ortogonale c’è il trincante, più difficile da trattare. Il terzo piano è il trocantere, non sempre presente e mal visto. Beda della Val d’Aosta è uno gneiss che viene spaccato in lastre di 10 – 15 cm.
In Abruzzo ci sono dei rossi ammonitici meno usati di quelli veronesi forse perché più fratturati. Il rosso veronese è una roccia robusta ma disomogenea perché la presenza di fossili ha causato fatturazione durante la diagenesi. Comunque è una fatturazione sindiagenetica. Volendo costruire con questa pietra ci sono dei problemi. Quello che facevano allora era costruire con altre pietre per poi fare con il rosso la parte a vista. Il rosso è dato dalla presenza di ematite. Insieme ai rossi vi sono dei gialli e dei verdi (Verdello), questi ultimi per la presenza della glauconite.
I Calcari ittiolitici bituminosi sono neri, ma non sono stabili. Dopo un po’ infatti ingrigiscono. I Calcari neri del Belgio invece hanno questo colore per la presenza della grafite, e quindi mantengono il nero.
In Toscana nel 1940 è incominciato l’uso della Palladiana di marmo: per fare pavimenti si usano pezzi di marmo irregolari con in mezzo del cemento. In questo modo si sono potuti utilizzare pezzi di scarto prima inutilizzati. Rimangono comunque molti scarti. Dalla Toscana parte una zona che finisce in Liguria con gli Oficalci, una serpentina con vene bianche di calcite. Vi sono anche dei Cipollini, rocce metamorfiche a trati alterni di calcite e clorite. Sono una pessima roccia da costruzione.
Nel Lazio c’è il peperino dei Colli Albani, in Puglia vi sono calcari che vanno da molto compatti a nord fino a farinosi a Lecce. Questi ultimi sono meno facili a cavarsi e si sfarinano. Calcari come questi si ritrovano nella parte bassa della Sicilia. Sempre in Puglia vi è la Punta delle Pietre Nere verso il Gargano (Lago di Lesina). Le pietre nere sono calcari neri, che bisogna distinguere dai basalti, anch’essi neri, che si trovano nella stessa zona. In Sicilia c’era la più ricca produzione di pietre decorative che i greci antichi conoscessero. Vi sono infatti pietre dei colori più vari e molte pietre dure, mentre di tenere ve ne sono meno e di bassa qualità. Di uso recente è il Perlato di Sicilia: calcare in parte nummulitico e in parte pisolitico con un colore tra il marroncino e il violaceo. Va bene per i pavimenti e costa poco. In Sardegna vi sono pochissimi marmi e tantissimi graniti, peraltro molto utilizzati. Ad esempio il granito rosa di Gallura, in cui il feldspato potassico tende all’appena violaceo e non proprio al rosa. Vi è anche un piccolo numero di graniti azzurri, che hanno però le parti superficiali bianche con il plagioclasio alterato.
Come i minerali le rocce possono avere molti utilizzi. Tra le rocce la più importante in Italia è il marmo. Fino a 30 anni fa l’Italia utilizzava rocce calcaree marnose per fare il cemento, con forti conseguenze per il paesaggio. Anche la cava dei marmi crea grossi problemi ambientali. Poi ci si è resi conto che l’estrazione delle pietre da cemento è dannosa al turismo, e che il trattamento della pietra da cemento è molto inquinante a causa dell’inquinamento a lungo raggio delle particelle fini, che possono anche essere cancerogene. Così l’industria dell’estrazione della pietra da cemento si è autolimitata, anche per il grande costo della manodopera. Il grosso dell’industria si è trasferita in Grecia e Turchia. La riduzione dell’industria della pietra ornamentale è stata molto minore, perché le nostre pietre non sono facilmente riproducibili altrove.
La petrofisica in Italia praticamente non esiste, mentre esiste la petrotecnica. Si studiano le proprietà delle rocce per applicazioni pratiche. Le rocce hanno varie caratteristiche. La porosità: quella dei sedimenti e delle rocce non consolidate. È una proprietà importante perché sta alla base della migrazione di acqua, petrolio e gas, che sono tre importantissime georisorse. Una roccia è tale in quanto già consolidata. Parlando di roccia per costruzioni, tanta più porosità si rileva nella roccia tanto più debole risulterà questa quando verrà messa in opera. In questo caso la georisorsa che ci interessa è la roccia. La densità è una proprietà la cui misura sperimentale è molto difficile. Vi sono vari tipi di densità: il tipo più preciso è dato dal volume della cella elementare diviso per il peso degli atomi che lo compongono (Dx: densità x o G). Poi c’è la densità reale che si ottiene pesando un blocco di roccia e dividendo il peso per il volume. C’è infine la densità di mucchio, che si calcola disgregando la roccia in frammenti che hanno i granuli costituiti da cristalli singoli, pesando i granuli e poi dividendo per il volume. Può essere maggiore o minore di quella reale. Si potrebbe pensare che la permeabilità sia il reciproco della porosità, ma non è così, perché i buchi possono essere chiusi. Non c’è relazione diretta tra le due cose. Ci sono rocce che a parità di porosità sono meno permeabili di altre perché le cavità attraggono il liquido più di altre, come accade nelle argille. Quando si parla di elasticità si cita immediatamente l’Itabirite, che è l’unica roccia flessibile. È una ortoquarzite fatta solo di granuli di quarzo che non contiene matrice e cemento. Se manca il cemento la roccia si disgrega. Se manca anche la matrice nel 99% dei casi la roccia non è compatta, a meno che i granuli hanno spigoli vivi e la pressione li ha incastrati gli uni negli altri, come succede proprio nell’Itabirite. I granuli incastrati in questo modo comunque hanno un gioco, e questo dà alla roccia la possibilità di flettersi Se una roccia contiene granuli, matrice e cemento per il 100% del suo volume non c’è porosità né permeabilità. L’elasticità è una proprietà che conta nella roccia a seconda dell’uso che se ne deve fare.
Prendiamo un sanidino con fratture riempite da un minerale argilloso. Si lavora su materiale omogeneo a livello macroscopico parlando di georisosrse. Oggi una proprietà macroscopica è una proprietà di insieme del minerale. Microscopico invece è ciò che all’interno del minerale è evidenziato usando il microscopio elettronico. Un minerale può essere microscopicamente omogeneo e microscopicamente disomogeneo. Nel caso del sanidino di cui sopra si va a vedere cosa c’è nella vena, e appare essa stessa non omogenea guardandola con il microscopio elettronico a scansione. Nella vena appaiono parti che riflettono di più e riflettono di meno (questo a seconda della pesantezza dell’atomo osservato): allora la vena non è omogenea ed è fatta almeno da due cose diverse. A dettaglio maggiore si vede meglio che l’impurezza (chiara) costituisce il contorno della venuzza, e andando ancora più nel dettaglio si vede una cavità con dei cristalli che sono cresciuti liberamente. In pratica quindi il sanidino in questione, per essere usato, va depurato dal materiale impuro, che può essere tolto perché si trova in una fase diversa. I cristallini nella frattura possono venire dall’esterno del blocco vulcanico che contiene il sanidino o dall’interno. Cercando ancora si è visto un cristallo di sanidino con una zona spugnosa privata del potassio e dove è rimasto lo scheletro di silice. La conclusione è che la migrazione del potassio è avvenuta nel proietto vulcanico con soluzioni che hanno tolto il potassio da una parte e lo hanno deposto da un’altra (nella frattura). È questa una migrazione locale di elementi chimici.
Nei Vulsini si estraggono tufi vulcanici ricchi di sanidino per fare ceramiche. Queste ceramiche risultano giallognole perché il materiale è impuro. Allora si fanno degli esami e si decide quale reazione chimica, tramite un attacco chimico, può eliminare le impurezze e ottenere piastrelle di ceramica bianche e non giallognole.
Al microscopio si è osservato una sorta di martello: il manico e la testa non sono omogenee. La testa presenta tanti puntini bianchi ed è fatta di un minerale di uranio non metamittico chiamato Hellandite. Lo studio di ciò è servito per conoscere meglio la Hellandite, che si estrae per l’uranio in Norvegia ed è usata per la produzione della Synrock, importantissima per isolare l’uranio impoverito. Tramite la synrock il fattore di offesa dell’uranio è moderato all’interno di una scatola fatta di vari strati con al centro l’uranio. Le pareti assorbono i raggi g. Per far durare più a lungo possibile le pareti si sono sintetizzati dei minerali con altissimo peso specifico, tra i quali c’è appunto la Hellandite. E gli studi fatti nel Lazio su questo minerale hanno aiutato molto.
La conducibilità delle rocce si studia per il fenomeno inverso: la resistenza. Ad esempio con la dunite si fanno coibenti elettrici.
La porosità è il rapporto volume vuoti su volume totale. La porosità effettiva è una cosa molto tecnica che dipende dalla distribuzione dei vuoti rispetto al pieno e tiene conto dei vuoti collegati.

I vuoti nella roccia se non sono collegati con l’esterno (primo quadrato) restano vuoti. Se sono delle cavità (secondo quadrato) allora può entrarvi qualcosa. Se, infine, sono collegati (terzo quadrato) il materiale può entrarvi e migrare, e la roccia risulta permeabile. Una roccia si dice igroscopica quando prende acqua al suo interno. Allora si può studiare come lo fa. C’è un terzo tipo di porosità: la porosità dinamica. Una roccia con una certa porosità effettiva è una roccia con fluidi che vi si muovono all’interno e possono uscire se applichiamo pressioni o depressioni. La porosità dinamica si verifica applicando pressione, come ad esempio iniettando un liquido. Ogni roccia ha un suo grafico della porosità dinamica. Il calcescisto, ad esempio, ne ha uno particolare a causa del fatto che è una roccia composta da granuli lamellari isoorientati. Ciò è utile se si vuole ad esempio rivestire un manufatto con della roccia. Si sceglie o un marmo omogeneo o una roccia scistosa tagliata parallelamente alla scistosità, così che l’acqua non può passare perché impedita da come sono messi i cristalli.
Nei campi petroliferi la porosità è molto importante perché condiziona la velocità della trivellazione e la possibilità di estrarre la totalità del petrolio contenuto nelle rocce, perché una parte può rimanere attaccato ai pori. Si usa l’acqua per sostituirlo nei pori e quindi poterlo estrarre, iniettandola a pressione.
La densità è massa su volume, generalmente, ma per quanto riguarda le rocce le cose sono più complicate. La densità effettiva di una dunite è definita dai minerali presenti, ovvero l’olivina. Un altro fattore che determina la densità è la porosità. Una dunite infatti non ha vuoti e la sua densità è per il 99% (c’è solo un minimo di porosità) determinata dal tipo di olivina che la compone. La dunite può anche essere più densa del tipo di olivina che contiene, cosa che avviene nel caso che contenga degli accessori più pesanti. Nel diamante vi possono essere delle inclusioni attorno alle quali si formano aureole di diamante che possono essere più o meno addensate. Questo crea un difetto che fa cambiare la simmetria del diamante. Se gli inclusi hanno densità maggiore del diamante stesso lo spingono all’uscita perché ne provocano un aumento di densità, viceversa se la densità dell’incluso è minore.
La porosità, a seconda del materiale che la occupa (se la occupa) può far diventare più o meno densa una roccia.
Elasticità: le rocce si comportano in modo diverso rispetto a questa proprietà: ad esempio una argillite si piega e non torna come prima, mentre l’eclogite può ritornare come prima. L’elasticità è una proprietà abbastanza continua che può causare problemi se una roccia presenta differenze di elasticità al suo interno. Ad esempio in una roccia per rivestimento in lastre come il marmo o soprattutto il calcescisto, le lastre sottoposte a peso maggiore si arcuano deformandosi irreversibilmente, mentre quelle sottoposte hanno deformazioni ancora recuperabili.
Rimane la conducibilità. Se una roccia lascia passare al suo interno soluzioni elettrolitiche contenute nell’acqua che circola a terra la sua conducibilità aumenta. Questo fenomeno può provocare problemi ad esempio alle anime metalliche del cemento armato. Se infatti il cemento nel terreno fa passare queste soluzioni nella zona dell’anima metallica si forma dell’ematite che si dilata molto provocando fratture molto pericolose. Per risolvere questo problema si scarica a terra la corrente con una bacchetta di rame.
In Italia la produzione di ricchezza primaria è nulla, perché il costo di estrazione di una risorsa, come per esempio un metallo, è molto alto, soprattutto quello umano. Inoltre il sottosuolo italiano è troppo spezzettato su scala regionale per permettere l’estrazione di georisorse con tecnologie moderne. Se però non vale più la pena di estrarre rimangono i problemi connessi con ciò che è stato estratto, ovvero gli scarti, che creano discariche. Bisogna operare un ripristino ambientale. In Italia si opera una semplice piantumazione o rimodellazione ambientale. Vi sono però delle cave di minerali non utili alla piantumazione perché non attaccabili dagli acidi umici. In questo caso serve il mineralista. Un caso di questo tipo è quello delle cave di amianto connesse con le pietre verdi alpine.
A Leadville (USA) si estraeva il piombo argentifero. Poi la miniera si è esaurita, e prima che la miniera si esaurisse erano stati costruiti grandi complessi metallurgici per il trattamento del piombo, e quindi anche dopo la chiusura della miniera l’attività è continuata. Il problema è che la fase finale dell’estrazione del piombo comporta una distillazione con una vaporizzazione dell’ossido di piombo. Nella vaporizzazione entra in gioco la tensione di vapore, ma se per lungo tempo si mandano in atmosfera vapori di piombo esso stesso andrà in atmosfera. E così a Leadville cominciò a morire la gente. Intorno alla città c’era una grande anomalia nel suolo rispetto al contenuto in piombo, molto maggiore rispetto alle altre località. Questa anomalia era la combinazione di vari tipi di piombo (metallico, PbO, PbS ecc). Allora nacque il problema di sapere quali e quanti erano questi tipi di piombo inquinanti. Questi elementi sfuggono ai raggi x, ma possono essere trovati con altri metodi (XAS) che permettono di vedere che tipo di inquinamento superficiale c’è (in questo caso che tipo di piombo) e come regolarsi di conseguenza per impostare il recupero ambientale.

HOME