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elemento chimico con simbolo Cu e avente numero atomico 29 Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
Il rame è l'elemento chimico di numero atomico 29 e il suo simbolo è Cu. È il primo elemento del gruppo 11 del sistema periodico, facente parte del blocco d, ed è quindi un elemento di transizione. Il rame metallico è relativamente tenero, duttile e malleabile, di color rossiccio[1] ed è il secondo miglior conduttore di elettricità dopo l'argento, seguito poi dall'oro, tutti e tre dello stesso gruppo 11.[2] Nell'accezione fisica dell'espressione, fa parte dei «metalli nobili».[3] È anche chiamato "oro rosso" per via della sua colorazione e in parte per il suo valore.[4][5] Inoltre, il rame è un tipico metallo da conio.[6]
| Rame | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Aspetto | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Generalità | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nome, simbolo, numero atomico | rame, Cu, 29 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Serie | metalli di transizione | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppo, periodo, blocco | 11, 4, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densità | 8,92 g/cm³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Durezza | 3,0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configurazione elettronica |  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Termine spettroscopico | 2S1/2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Proprietà atomiche | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Peso atomico | 63,546 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Raggio atomico (calc.) | 135(145) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Raggio covalente | 138 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Raggio di van der Waals | 140 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configurazione elettronica | [Ar]3d104s1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| e− per livello energetico | 2, 8, 18, 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Stati di ossidazione | +1, +2, +3, +4 (debolmente basico) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Struttura cristallina | cubica a facce centrate | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Proprietà fisiche | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Stato della materia | solido (diamagnetico) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto di fusione | 1 357,6 K (1 084,4 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto di ebollizione | 2 840 K (2 570 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume molare | 7,11×10−6 m³/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Entalpia di vaporizzazione | 300,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calore di fusione | 13,05 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tensione di vapore | 50,5 mPa a 1 358 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Velocità del suono | 3570 m/s a 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Altre proprietà | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Numero CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elettronegatività | 1,9 (Scala di Pauling) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calore specifico | 385 J/(kg·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conducibilità elettrica | 59,6×106S/m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conducibilità termica | 390 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energia di prima ionizzazione | 745,5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energia di seconda ionizzazione | 1 957,9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energia di terza ionizzazione | 3 555 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energia di quarta ionizzazione | 5 536 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isotopi più stabili | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Con ogni probabilità, il rame è il metallo che l'umanità usa da più tempo: sono stati ritrovati oggetti in rame datati 8.700 a.C.
Il nome deriva dal latino parlato aramen (parola già attestata nel 950) per il tardo aeramen, e questo da aeramentum (piatto o utensile in bronzo o rame),[7][8] un derivato della voce del latino classico aes (genitivo: aeris), che significa "rame" o "bronzo".[9] Nomi odierni derivati da questo si ritrovano in italiano (rame), in aragonese (arambre) e in alcuni dialetti italiani.[10] Solo più tardi venne sostituito (Plinio) dalla parola cuprum, da cui deriva il simbolo chimico dell'elemento. In epoca romana la maggior parte del rame era estratta dall'isola di Cipro, realtà che veniva sottolineata con il termine aes Cyprium, "rame o bronzo di Cipro".[11][12] In epoca romana, infatti, non si faceva differenza tra rame e bronzo. Per gli antichi Greci invece il termine era χαλκός (khalcós),[13] dal quale derivano i nomi di alcuni minerali del rame, come la calcopirite e la calcocite, ma anche il nome generico degli elementi del gruppo 16, i calcogeni.[14]
Il rame era già noto ad alcune delle più antiche civiltà di cui abbiamo testimonianze, la storia del suo impiego si stima abbia almeno 10 000 anni.
Un pendente in rame nativo datato attorno al 9.500 a.C. è stato trovato nella grotta Šhanidar nei monti Zagros (Iraq).[15][16] In Turchia sono stati ritrovati altri oggetti in rame risalenti al 7000 a.C.[15] Segni di attività del raffinamento del rame a partire dai suoi ossidi minerali (la malachite e l'azzurrite) risalgono al 5.000 a.C., mille anni prima di quelli relativi all'uso dell'oro.
Manufatti in rame e bronzo di origine sumera sono stati trovati in siti di città risalenti al 3.000 a.C. e alla stessa epoca risalgono pezzi prodotti con lega di rame e stagno dagli antichi egizi. Una piramide ospita un sistema di tubi di scarico in lega di rame vecchia di circa 5.000 anni. Al Museo Statale di Berlino si può vedere il primo tubo di rame per l'acqua risalente al 2.750 a.C. L'uso del rame nella Cina antica risale al 2.000 a.C., la cui produzione di bronzo raggiunge l'eccellenza attorno al 1.200 a.C.
In Europa, l'uso del rame è confermato dal ritrovamento dell'uomo del Similaun (noto anche come Ötzi), il corpo mummificato di un uomo risalente al 3.200 a.C. rinvenuto sulle Alpi, la cui ascia ha la lama costituita da rame puro al 99,7%. L'elevato tenore di arsenico trovato nei suoi capelli fa presumere che tra le attività dell'uomo rientrasse anche quella di produrre il rame. Verso la fine del III millennio a.C., a Saint-Véran (Francia) era nota la tecnica per staccare un pezzo del minerale, batterlo e scaldarlo presso una miniera di rame a un'altitudine di 2.500 metri.[17] I reperti storici recuperati, risalenti a una fase avanzata dell'Età del bronzo (inizio II millennio a.C.), comprendono ugelli in ceramica e strutture in pietra a secco, interpretabili come un forno metallurgico preistorico.
L'uso del bronzo, lega di rame e stagno, è stato talmente diffuso nella storia da dare il nome a uno stadio dell'evoluzione della civiltà umana: l'età del bronzo. Il periodo di transizione tra il precedente neolitico e l'età del bronzo è chiamato calcolitico ed è contraddistinto dalla compresenza di utensili in pietra e utensili in rame.
L'ottone, una lega di rame e zinco, era già noto agli antichi greci e fu ampiamente utilizzato dai romani.
Il rame è stato associato alla dea Venere nella mitologia e nell'alchimia per via del suo aspetto lucente, del suo uso nella produzione di specchi e per la sua principale zona estrattiva, l'isola di Cipro. Il simbolo usato dagli alchimisti per rappresentare il rame è identico a quello impiegato dagli astrologi per rappresentare il pianeta Venere.
Il rame è un metallo rosato o rossastro, di conducibilità elettrica e termica elevatissima, superata solo da quelle dell'argento; è molto resistente alla corrosione (per via di una patina aderente che si forma spontaneamente sulla superficie, prima di colore bruno e poi di colore verde o verde-azzurro) e non è magnetico. È facilmente lavorabile, estremamente duttile e malleabile, ma non è idoneo a lavorazioni con asportazione di truciolo, perché ha una consistenza piuttosto pastosa; può essere facilmente riciclato e i suoi rottami hanno un alto valore di recupero; si combina con altri metalli a formare numerose leghe metalliche (si calcola che se ne usino almeno 400), le più comuni sono il bronzo e l'ottone, rispettivamente con lo stagno e lo zinco; tra le altre, anche i cupronichel e i cuprallumini (detti anche bronzi all'alluminio). I suoi impieghi possono essere per motori elettrici, rubinetti in ottone e per campane di bronzo.
Inoltre il rame è batteriostatico, cioè combatte la proliferazione dei batteri sulla sua superficie[18][19].
I due stati di ossidazione più comuni del rame sono +1 (ione rameoso, Cu+) e +2 (ione rameico, Cu2+). Due esempi sono l'ossido di rame(I) (Cu2O, detto anche «ossidulo di rame»[20][21]), un semiconduttore di colore rosso rosato, e l'ossido di rame(II) (CuO), di colore nero.
Esistono inoltre due stati di ossidazione più rari, +3 e +4. Il rame(III) forma l'ossoanione [CuO2]−, i cui sali con vari ioni metallici sono noti come cuprati, ad esempio KCuO2;[22] il rame (III) è presente anche, insieme a Cu(II), negli ossidi superconduttori ad alta temperatura, tra cui i cuprati di ittrio e bario, non esattamente stechiometrici e formulabili idealmente come YBa2Cu3O7.[23] Inoltre, all'interno di alcuni enzimi sono stati riscontrati come intermedi specie formulate come Cu(II)−O• / Cu(III)=O.[24] Il rame(IV) è presente nei sali dell'anione complesso [CuF6]2− (esafluorocuprato(IV)), come quello di cesio Cs2CuF6.[25]
Esistono due isotopi stabili del rame, 63Cu e 65Cu: tutti gli altri sono instabili e molto radioattivi. Gran parte di essi ha una emivita di un minuto o meno; il meno instabile è il 64Cu, con semivita di 12,7 ore, che può decadere in due modi diversi: cattura elettronica (ε) / emissione di positrone (β+) per il 61,5%, dando 64Ni (stabile) e decadimento β- per il 38,5% dando 64Zn (stabile). Prima dell'isotopo stabile 63Cu abbiamo il 62Cu che decade per cattura elettronica ed emissione di positrone (ε/β+) a 62Ni (stabile) con emivita di 9,67 minuti rilasciando un'energia di 3,959 MeV.[26] Dopo il 65Cu abbiamo il 66Cu, che decade β- a 66Zn (stabile) con emivita di 5,12 minuti rilasciando un'energia di 2,641 MeV.[26]
Gli ossidi stabili del rame sono due, l'ossido di rame(II) (o ossido rameico) CuO e l'ossido di rame(I) (o ossido rameoso) Cu2O. Gli ossidi di rame sono impiegati nella produzione dell'ossido misto di ittrio, bario e rame (YBa2Cu3O7-δ), abbreviato in YBCO, che è la base di molti superconduttori non-convenzionali. Gli unici idrossidi del rame sono il Cu(OH)2 e il Cu2(OH)3Cl.
I sali di rame(II) hanno un tipico colore verde-azzurro; la reazione con l'anidride carbonica atmosferica produce il carbonato di rame(II), responsabile della patina verde che copre i tetti e le superfici di rame esposte all'aria.
Tra gli altri composti si annovera il solfato di rame(II), noto anche come verderame e usato come fungicida in viticoltura.
Il rame si trova quasi sempre sotto forma di minerali e molto più raramente allo stato nativo sotto forma di pepite.
Le principali miniere sono situate lungo la Cordigliera delle Ande e le Montagne Rocciose: i principali Paesi estrattori sono il Cile, il Perù, la Cina, il Congo e gli Stati Uniti.
Alcune tra le principali miniere sono a cielo aperto. Le rocce che contengono rame hanno un tenore che varia tra lo 0,6 e il 2,0% in peso di rame. I minerali sono a base di solfuri come la calcopirite (CuFeS2), la bornite (Cu5FeS4), la calcocite (Cu2S) e la covellite (CuS); o di ossidi come la cuprite e la crisocolla, o ancora di carbonati come la malachite e l'azzurrite.
| I maggiori produttori di rame nel 2019[27] | ||
|---|---|---|
| Posizione | Paese | Produzione (milioni di tonnellate) |
| 1 |  Cile | 5,79 |
| 2 |  Perù | 2,46 |
| 3 |  Cina | 1,68 |
| 4 |  RD del Congo | 1,29 |
| 5 |  Stati Uniti | 1,26 |
| 6 |  Australia | 0,93 |
| 7 |  Russia | 0,80 |
| 8 |  Zambia | 0,79 |
| 9 |  Messico | 0,71 |
| 10 |  Canada | 0,57 |
| 11 |  Kazakistan | 0,56 |
| 12 |  Polonia | 0,39 |
| 13 |  Brasile | 0,36[28] |
Un quadro diverso emerge analizzando le aziende che gestiscono miniere di rame. Secondo un reportage pubblicato dalla rivista specializzata illuminem., i principali produttori sono aziende incorporate nel Regno Unito, seguite dalle società costituite in Cile, Stati Uniti e Messico, mentre la Cina è al quinto posto per controllo economico di miniere di rame[29].
Le risorse di rame si suddividono in:
Secondo lo United States Geological Survey (USGS), nel 2017 le riserve sono valutate in 790 milioni di tonnellate (Mt), i depositi scoperti e non sfruttati in 1.310 Mt, quelli non scoperti e previsti in 3.500 Mt. Il totale dei depositi previsti, inclusivi di quelli scoperti (sfruttati e non sfruttati) è quindi di 5.600 Mt. Questo dato non comprende i vasti depositi sui fondali oceanici sotto forma di noduli manganisiferi o solfuri.
Considerando il ritmo di estrazione annuale - 20 Mt -, si potrebbe erroneamente estrapolare un esaurimento delle riserve in circa 40 anni, ma di fatto altre se ne aggiungeranno nel frattempo, grazie alle continue scoperte di giacimenti e al progresso dei metodi estrattivi. Ciò manterrà stabile la disponibilità di rame, che per questi motivi dal 1950 oscilla intorno ai 35-40 anni.[30][31]
L'Italia non è un paese ricco di rame, nonostante le miniere, tutte medio-piccole, fossero presenti su tutto il territorio dello Stato. Solitamente in queste cave il rame era in sottili venature, e i minerali estratti non ne contenevano molto.
Le più importanti in Italia erano:
I processi produttivi per passare dal minerale al metallo puro, descritti in seguito, riguardano il caso dei minerali solforati, che sono i più disponibili. Dopo l'estrazione in miniera, i minerali vengono frantumati e macinati per ottenere una granulometria adatta agli stadi successivi, in cui si separano gli inerti dalle frazioni ricche in rame. Attraverso la flottazione le polveri emulsionate con liquidi tensioattivi vengono immesse in grandi vasche da cui si asporta lo strato schiumoso superficiale, ricco in rame ancora legato allo zolfo.
Si ottengono quindi dei fanghi che vengono asciugati e concentrati nei passaggi successivi: dapprima meccanicamente (concentrazione) e poi termicamente (arrostimento e fusione).
Nel forno, attraverso insufflaggio di aria o ossigeno, si ottiene la formazione di SO2 gassosa che si separa dal metallo liquido; contemporaneamente l'aggiunta di silicio permette l'eliminazione del ferro presente: la scoria, composta da silicati, galleggia e viene asportata.
La raffinazione termica prosegue attraverso ulteriore insufflaggio di ossigeno o aria; poiché si ossida parzialmente anche il bagno, si procede con il pinaggio, che consiste nell'inserire un tronco verde di pino che, bruciando, sprigiona gas riducenti e vapore.
Per ottenere la massima purezza del rame è necessario fare una raffinazione elettrolitica: il rame ottenuto viene dissolto in una vasca contenente una soluzione conduttrice e viene depositato selettivamente su un catodo: i metalli meno nobili presenti restano in soluzione, quelli più nobili precipitano. I catodi ottenuti sono costituiti da rame puro al 99,95%,[32] in lastre di 96×95×1 cm, dal peso di circa 100 kg; sono una materia prima commerciabile nelle borse merci di New York, Londra e Shanghai. La specifica chimica per il rame elettrolitico è ASTM B 115-00. Il rame elettrolitico così ottenuto non è ancora pronto per essere lavorato direttamente, deve essere rifuso per farne billette, placche o vergelle, da cui si ottengono per lavorazione plastica i vari semilavorati come fili, tubi, barre, nastri, lastre, ecc.
Bisogna aggiungere che una percentuale sempre più consistente di rame viene estratto dalle miniere sfruttando le biotecnologie. Le rocce contenenti il minerale, infatti, vengono messe in vasche in cui viene pompata acqua arricchita di batteri, i Thiobacillus ferroxidans e i Thiobacillus thiooxidans. Questi microrganismi ossidano il solfuro di rame (insolubile in acqua) trasformandolo in solfato (solubile), ottenendo energia per le loro funzioni vitali. Questo sistema permette un notevole risparmio di energia rispetto all'estrazione tradizionale (fino al 30%) e non libera in atmosfera gas nocivi.
Si distinguono diversi livelli di produzione del rame:
Il rame primario è il contenuto di rame estratto dalle miniere, che può essere raffinato in loco oppure spedito alle raffinerie sotto forma di concentrati. Il rame raffinato è invece il prodotto della raffinazione, generalmente elettrolitica, non solo di quello primario proveniente dalla miniera, ma anche di quello ottenuto dal riciclo di rottami. Si calcola che il 17% in media della produzione di raffinato derivi da rottami. Si noti che una parte notevole dei rottami di rame e delle sue leghe viene utilizzato direttamente in fonderia, senza necessità di passare attraverso cicli di raffinazione.
Le statistiche pongono in evidenza la crescente produzione mineraria e di rame raffinato degli ultimi annI (in migliaia di tonnellate):[33]
| Anno | Produzione mineraria | Produzione rame raffinato |
|---|---|---|
| 2013 | 18.190 | 21.058 |
| 2014 | 18.426 | 22.490 |
| 2015 | 19.148 | 22.842 |
| 2016 | 20.356 | 23.337 |
| 2017 | 20.060 | 23.522 |
Rispetto al 1900, quando l'estrazione era di 500.000 tonnellate all'anno, la produzione è cresciuta mediamente del 3,2% all'anno. I paesi produttori mierari più importanti sono il Cile (5,5 milioni di tonnellate), seguito da Perù, Cina e Stati Uniti. La produzione di rame raffinato ha visto prima la Cina (38% circa del totale), seguito da Cile (10%), Giappone (6%), Stati Uniti (5%) e Russia.
I principali paesi utilizzatori di rame raffinato sono la Cina, gli Stati Uniti, il Giappone, la Germania, la Corea del Sud e l'Italia (801 000 tonnellate).[34]
Merita un approfondimento la produzione di rottami di rame e leghe di rame, che sono da considerarsi una vera e propria materia prima pregiata per molte industrie di semilavorati. Ciò che favorisce e incoraggia il riciclo del rame è il risparmio energetico nella produzione (85% in meno rispetto al rame primario. Fonte: Bureau of International Recycling) e il fatto che può essere riciclato infinite volte senza che le sue caratteristiche meccaniche si degradino. In Italia il 40,5% del consumo di rame è soddisfatto dal riciclo (media degli anni 2003-07), mentre nel mondo questa percentuale si aggira intorno al 34% (vedi tabella sottostante, riferita all'anno 2004. Dati in milioni di tonnellate).
| Uso totale di rame | Produzione rame da riciclo | % rame dal riciclo | |
|---|---|---|---|
| UE | 6.350 | 2.732 | 43,0 |
| Mondo | 22.450 | 7.778 | 34,6 |
La quantità di rottame disponibile dipende dal consumo di rame di 2-3 decenni prima: infatti questa è la durata media della vita utile di un manufatto in rame.
Il rottame può essere di due tipi:
Nel 2017 l'Italia ha prodotto 534.300 tonnellate di semilavorati in rame e 581.060 tonnellate di semilavorati in leghe di rame, di cui la stragrande maggioranza in ottone (Vedi tabelle sottostanti. Fonte: Assomet)
| Semilavorati in rame | tonnellate |
|---|---|
| Tubi | 56.600 |
| Lastre e nastri | 25.100 |
| Barre e profilati | 13.300 |
| Fili | 439.300 |
| Semilavorati (ottone) | tonnellate |
|---|---|
| Tubi | 3.900 |
| Lastre e nastri | 33.800 |
| Barre e profilati | 539.800 |
| Fili | 1.400 |
| Altre leghe | 2.160 |
Per le sue doti il rame è diffuso nell'impiantistica idrotermosanitaria, nella rubinetteria, nelle attrezzature per la nautica, nell'elettrotecnica e nell'elettronica, in lattoneria e in architettura, nella monetazione, nell'artigianato e nell'oggettistica, nei trasporti, in edilizia e in molti altri settori. Gli usi più comuni sono:
Il rame, puro e ridotto in fili, trova la sua maggiore applicazione per la produzione e l'utilizzo dell'energia elettrica (ma non per il trasporto: i cavi sospesi degli elettrodotti a media e alta tensione non sono di rame ma di alluminio, per via del minor peso specifico di questo metallo; il compito di sostegno del cavo è affidato a una fune d'acciaio che ne costituisce l'anima) e nella manifattura dei circuiti stampati per elettronica.
In architettura il rame è impiegato per eseguire tetti e coperture, gronde, scossaline, pluviali e altri elementi di lattoneria. Questo metallo è apprezzato per il suo colore, che cambia nel tempo se esposto agli agenti atmosferici: prima imbrunisce, fino a diventare marrone scuro, poi, con la carbonatazione, diventa gradualmente verde.
I tubi di rame vengono usati per trasportare acqua potabile, gas combustibili, gas medicali, acqua per il riscaldamento e fluidi per condizionamento e refrigerazione; infatti il rame è impermeabile ai gas, è facilmente piegabile, resiste alla corrosione e non invecchia se esposto alla radiazione solare. Grazie alla sua eccellente conduttività termica è uno dei materiali che rende più efficiente lo scambio di calore: per questo lo si utilizza negli scambiatori di calore, nei pannelli solari e nei pannelli radianti a parete e a pavimento.
Il rame è molto usato dagli artigiani, dagli artisti e dai designer per il suo colore e la sua facile lavorabilità che lo rendono adatto per molti usi ornamentali: si può facilmente ricavarne piastre, cornici, medaglie e oggetti da arredamento.
Il rame è usato per coniare monete fin dall'antichità: già Servio Tullio (IV secolo a.C.) ordinò di coniare monete di rame, le "pecuniæ". Al giorno d'oggi le monete da 10, 20 e 50 centesimi e da 1 e 2 euro sono in lega di rame, mentre quelle da 1, 2 e 5 centesimi sono semplicemente di acciaio ramato esternamente.
Un'automobile può contenere, a seconda del modello, dai 15 ai 28 kg di rame, che si trovano soprattutto nei cavi e nelle apparecchiature elettriche.
Il rame, insieme ad alluminio e zinco, viene utilizzato anche in applicazioni tecnologicamente avanzate, come per esempio nelle leghe a memoria di forma, che assumono due forme diverse a seconda se sono al di sopra o al di sotto di una certa temperatura.
Un'altra applicazione particolare è nel campo della superconduzione; nei materiali superconduttori ad alta temperatura la superconduzione è spesso dovuta all'esistenza di piani atomici paralleli di rame e ossigeno. Viene usato anche come conduttore elettrico.
Il rame, anche se presente in tracce, è un metallo essenziale per la crescita e lo sviluppo del corpo umano[38].
Riveste un ruolo importante all'interno del metabolismo: dalla normale attività del cervello, del sistema nervoso e cardiovascolare al trasporto del ferro e alla protezione delle cellule contro l'ossidazione. C'è bisogno del rame anche per rafforzare le ossa e assicurare il funzionamento del sistema immunitario.
Il rame si trova negli enzimi, che sono quelle proteine che aumentano la velocità di reazione delle reazioni chimiche all'interno delle cellule. Sono circa una trentina gli enzimi e i co-enzimi contenenti rame.
Il rame, una volta assunto attraverso il cibo e l'acqua, viene assorbito dallo stomaco e dal primo tratto dell'intestino; da qua passa nel sangue, legandosi a una proteina, la ceruloplasmina e quindi portato verso il fegato e da qui distribuito ai vari organi. Il fegato, il "laboratorio chimico" del corpo umano, ha una delle maggiori concentrazioni di rame del corpo umano; oltretutto proprio il fegato svolge la funzione di regolare il contenuto di rame nel corpo umano attraverso un processo chiamato omeostasi.
Il rame si trova un po' ovunque nel corpo. Il rame è richiesto per la formazione e il mantenimento della mielina, lo strato protettivo che copre i neuroni; enzimi a base di rame intervengono nella sintesi dei neurotrasmettitori, i messaggeri chimici che permettono le comunicazioni attraverso le cellule nervose.
Il rame attraverso la superossido dismutasi, combatte l'ossidazione cellulare, aiutando a neutralizzare i radicali liberi che altrimenti causerebbero danni alle cellule stesse.
Le manifestazioni principali di una grave carenza di rame nell'uomo sono a livello del sistema emopoietico con la comparsa di anemia, variabilmente associata a leucopenia e piastrinopenia e a livello del sistema nervoso, con la comparsa di una grave alterazione del midollo spinale, prevalente a livello dei cordoni posteriori e fasci piramidali, e dei nervi periferici: mieloneuropatia[39].
Il rame è importante anche per la pelle e lo scheletro. Infatti attraverso l'enzima tirosinasi catalizza la formazione della melanina e attraverso la lisil ossidasi ha un ruolo importante nella formazione del collagene, proteina pressoché ubiquitaria nel nostro organismo: da qui alterazioni a carico dello scheletro, cutanee, ecc. Alcune ricerche evidenziano che fratture, anomalie scheletriche e osteoporosi sono più frequenti se vi è carenza di rame.
Il rame è coinvolto nella funzionalità del sistema immunitario. La carenza di rame ha notevoli ripercussioni su certi tipi di cellule, come i macrofagi e i neutrofili. La funzionalità del sistema immunitario è stata studiata in bambini carenti di rame, prima e dopo la cura. È stato rilevato che l'attività dei fagociti (cellule che inglobano materiale estraneo) è aumentata dopo l'assimilazione di rame. Oltre che per il collagene, la lisil-ossidasi entra in gioco anche per l'elastina ed entrambe le proteine sono importanti per il cuore e i vasi sanguigni. Tra gli effetti collaterali dovuti alla carenza di rame si registrano anche l'ingrossamento cardiaco, le arterie con muscolatura liscia degenerata e aneurismi alle arterie ventricolari e coronariche.
Il rame influenza anche il metabolismo del colesterolo: adulti sottoposti a una dieta povera di rame hanno registrato un aumento dei livelli del colesterolo LDL (Low Density Lipoprotein, quello 'cattivo') e una diminuzione del colesterolo HDL (High Density Lipoprotein, quello 'buono'). Basse assunzioni di rame influenzano negativamente il corretto metabolismo del glucosio e la pressione sanguigna.
Il rame è necessario anche durante la gravidanza. Il feto dipende completamente dalla madre per il suo fabbisogno di rame. Il feto accumula rame alla velocità di 0,05 mg/giorno (soprattutto nell'ultimo trimestre) e alla nascita ha mediamente 15 mg di rame, di cui più della metà immagazzinata nel fegato. Queste riserve sono importanti nella primissima infanzia, quando l'assunzione di rame è relativamente bassa. Gran parte del restante rame si trova nel cervello.
Per i neonati, il rame si trova nel latte materno. La concentrazione media di rame nel latte materno è 0,32 mg/litro; sebbene questa concentrazione sia più bassa rispetto al latte artificiale, il rame del latte materno viene assorbito meglio essendo maggiormente biodisponibile. A dimostrazione dell'importanza del rame, il latte artificiale per i neonati prematuri arriva a contenere fino a 1–2 mg/litro: questo è necessario poiché hanno avuto meno tempo per accumulare rame durante la gestazione.
Non esistono malattie professionali legate al rame, invece esistono due malattie genetiche: la malattia di Wilson e la sindrome di Menkes. La prima è dovuta a un difetto nel gene della ATPasi che interviene nel trasporto e nell'escrezione biliare del rame attraverso l'incorporazione nella ceruloplasmina; di conseguenza il metallo si accumula in organi quali il cervello, l'occhio, il rene e il fegato. Invece il morbo di Menkes rappresenta l'incapacità dell'intestino di assorbire il rame, provocando una forte carenza all'interno del corpo.
Ecco in sintesi la funzione di alcuni enzimi in cui è presente il rame:
In alcuni animali come granchi e lumache, la molecola trasportatrice di ossigeno è una emocianina, una proteina contenente rame. Le emocianine rappresentano il terzo sistema in natura (insieme alle emoglobine e alle emeritrine) in grado di trasportare ossigeno dai punti in cui viene prelevato a quello, nei tessuti, dove viene ceduto. Analogamente all'emoglobina, le emocianine contengono subunità nella molecola completa; i siti attivi sono costituiti da due atomi di rame che legano congiuntamente una molecola di O2.
Nel quadro normativo dell'Unione europea e del regolamento REACH, nel 2000 l'Industria del rame ha dato il via a una valutazione volontaria dei rischi (VRA, Voluntary Risk Assessment)[40] connessi al rame e a quattro suoi composti: l'ossido rameico, l'ossido rameoso, il solfato di rame(II) pentaidrato e l'ossicloruro di rame. L'Istituto Superiore di Sanità dell'Italia (in qualità di review Country) ha rivisto il processo e i rapporti per conto della Commissione europea. Sono stati analizzati i livelli di esposizione al rame nell'uomo e nell'ambiente, a seguito dei processi produttivi, del riciclo e dello smaltimento nonché all'uso dei semilavorati e dei prodotti finiti.
Le principali conclusioni raggiunte dalla Commissione europea e dagli esperti degli Stati Membri, contenute in un dossier di 1800 pagine, sono le seguenti[41]:
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