Esplorazione dei minerali: dai silicati ai fosfati e oltre

I silicati e la loro struttura

I silicati sono i minerali più abbondanti della crosta terrestre: rappresentano l’80% dei materiali che affiorano sulla superficie del pianeta.

Si chiamano così perché contengono silicio (Si) e ossigeno (O) strettamente combinati. Tutti i silicati (tranne il quarzo) contengono anche uno o più elementi abbondanti nella crosta. La struttura alla base del reticolo cristallino dei silicati ha la forma di tetraedro con 4 ioni di ossigeno (O2-) che circondano uno ione di silicio (Si4+).

Questo tetraedro, chiamato gruppo silicatico (SiO4)4- è dotato di 4 cariche negative che, per poter dare un composto elettricamente neutro, devono essere compensate da quattro cariche positive.

Questo può avvenire in due modi:

1. un gruppo silicatico si può legare ad alcuni ioni positivi metallici;

2. i tetraedri possono legarsi tra loro unendosi per i vertici: alcuni atomi di ossigeno sono condivisi da due tetraedri (ossigeno-ponte) originando così catene di tetraedri, singole o doppie (silicati più fragili), oppure lamine e reticoli tridimensionali più complessi (silicati più resistenti), secondo il processo di polimerizzazione.

Gli ossidi

Ossidi e carbonati nell'industria

Il gruppo di ossidi comprende i minerali da cui si ricava la maggior parte dei metalli usati nell’industria.

Sono comprese l’ematite (Fe2O3) e la magnetite (Fe3O4), utilizzate per l’estrazione del ferro. Il corindone (Al2O3) si presenta in varietà limpide di colore rosso, chiamate rubino, e blu, chiamate zaffiro.

I carbonati sono composti da uno o più ioni positivi combinati con uno ione carbonato (CO3)2-.

La calcite, CaCO3, e la dolomite, CaMg(CO3)2, che sono i componenti essenziali delle rocce sedimentarie carbonatiche. La calcite si forma dia per evaporazione di soluzioni ricche di carbonato di calcio sia per estrazione dalle acque marine o continentali ad opera di organismi che utilizzano il carbonato di calcio per “costruire” i propri gusci, conchiglie o scheletri.

Solfuri, solfati ed elementi nativi

I solfuri contengono zolfo (S), legato a elementi metallici. La pirite (FeS2) si presenta in cristalli cubici, ottaedrici oppure formati da otto facce pentagonali.

Nei solfati lo zolfo è presente sotto forma di ione solfato (SO4)2-. I solfati più comuni sono il gesso, la barite (BaSO4), la celestina (SrSO4).

Gli elementi nativi in natura si trovano allo stato nativo, cioè sono puri, non combinati con altri. Non si presentano in cristalli ma in forma di ammassi granulari o filamentosi. L’oro (Au) si ricava principalmente da accumuli in cui i corsi d’acqua hanno abbandonato sabbia aurifera o pepite (ciottoli d’oro) dopo averli asportati per erosione nell’attraversare i filoni auriferi.

L’argento (Ag), può trovarsi anche come elemento nativo, e così anche il rame (Cu).

Il diamante e la grafite sono due modi diversi di cristallizzare come elemento nativo del carbonio.

Tra gli elementi si trova anche il mercurio (Hg), l’unico minerale liquido a temperatura ambiente. Si trova in rocce vulcaniche, in forma di minuscole gocce.

Alogenuri, borati e fosfati

Gli alogenuri sono costituiti dalla combinazione di uno o più elementi con il cloro, il fluoro, lo iodio e il bromo (alogeni). La fluorite (CaF2) pura è trasparente, ma può assumere anche altre colorazioni a seconda delle impurezze che contiene nei suoi reticoli cristallini.

Il salgemma (NaCl) si forma per l’evaporazione delle acque marine o di quelle lacustri salate e ha una grande importanza nell’industria chimica. Il salgemma di forma anche nelle saline: non è altro che il cloruro di sodio, il sale da cucina.

I borati derivano dalla combinazione di uno o più ioni positivi con lo ione borato (BO3)3- e sono sfruttati per ricavare il boro, un elemento usato nell’industria chimica, in quella farmaceutica e in quella dei cosmetici.

I fosfati contengono uno ione fosfato (dato dalla combinazione di fosforo e ossigeno), legato a uno o più elementi metallici. L’apatite, che è un fosfato di calcio, si trova in rocce eruttive assieme ad altri minerali. È possibile anche trovarla in rocce sedimentarie marine di origine chimica, formatesi per precipitazione di sostanze sciolte nell’acqua. Il colore dell’apatite è molto variabile ma la polvere che se ne ricava è in ogni caso bianca. Nell’industria viene utilizzata per produrre alcuni tipi di fertilizzanti.

Ai fosfati appartiene anche il turchese, un fosfato contenente rame e alluminio, che si presenta come cristalli microscopici aggregati in masse e noduli di un colore azzurro tipico. È un minerale che si forma per alterazione, in clima arido, di rocce ricche in alluminio contenenti apatite e solfuri di rame e ferro.