Il rame è uno dei più importanti metalli non ferrosi. È usato sia allo stato puro sia in lega con altri metalli. È di colore rosso rosato, con struttura reticolare cubica a facce centrate. Ha affinità chimica con argento e oro. Il rame è un materiale indispensabile e insostituibile in numerosissime applicazioni, grazie alle sue proprietà fisiche e meccaniche, tra le quali spiccano l’elevata conduttività termica ed elettrica, la notevole resistenza alla corrosione, la duttilità con conseguente facilità di lavorazione, l’elevata resistenza a rottura e le buone caratteristiche di saldabilità e di giunzione. Ha una spiccata attitudine a legarsi con altri metalli, formando un elevato numero di leghe d’interesse tecnologico. Le più importanti sono l’ottone e il bronzo. Il rame e le sue leghe sono usati sia in getti sia sotto forma di semilavorati.
Produzione
Il rame ottenuto per riduzione termica dal solfuro, avente un titolo maggiore del 98%, è poi raffinato in forno, ottenendolo puro al 99%. Benché questo possa essere utilizzato per molte applicazioni, la maggior parte è ulteriormente raffinata per via elettrolitica onde ottenere il rame raffinato (Cu > 99,95%). Le norme italiane, come le principali straniere, contemplano due classi di rame in funzione del titolo posseduto:
- rame basso legato (Cu >_ 99%);
- rame raffinato (Cu >_ 99,95%).
Rame basso legato
È utilizzato come metallo di fusione per getti o per la preparazione di leghe da lavorazione plastica.
Rame raffinato
Si distinguono tre qualità principali di rame raffinato:
- rame con ossigeno;
- rame disossidato;
- rame esente da ossigeno.
Rame con ossigeno. In esso l’ossigeno è presente sotto forma di ossidulo di rame che forma con il rame metallico un eutettico (Cu-Cu 2 0) che si dispone ai bordi dei grani. La presenza dell’ossidulo comporta rischi di rotture durante le successive lavorazioni a freddo. Un effetto analogo si ha se il materiale è saldato in presenza d’idrogeno.
Rame disossidato. Quantitativi di rame abbastanza elevati sono destinati alla produzione di semilavorati per la costruzione d’impianti e di apparecchiature saldate. In tal caso si fa ricorso a rame disossidato, ossia a rame ottenuto mediante aggiunta di un agente riducente al metallo liquido dopo la raffinazione. L’agente riducente si combina con l’ossigeno presente nel rame. L’agente più impiegato per la disossidazione, soprattutto in ragione della sua efficacia e del basso costo, è il fosforo. Per assicurare una disossidazione completa e garantire un’assoluta protezione del metallo contro i rischi di rottura durante le lavorazioni, l’agente riducente è sempre aggiunto in quantità un poco superiore al tenore strettamente necessario. L’eccesso di agente disossidante resta quindi in soluzione solida nel metallo. Il fosforo, in soluzione nel rame, ne riduce la conducibilità elettrica, così come per altro avviene in presenza d’altre impurezze. Pertanto i semilavorati ottenuti da rame disossidato non trovano applicazione nel settore elettrico.
Rame esente da ossigeno. Questo rame è ottenuto per via elettrochimica. Si adoperano catodi a elevata purezza. Questi sono ottenuti fondendo il rame con ossigeno in forni elettrici a induzione dove è creato un vuoto o un’atmosfera neutra o riducente. Il metallo liquido così ottenuto è, in pratica, privo di ossigeno senza che tuttavia si sia dovuto ricorrere ad aggiunte di agenti riducenti.
Usi
Il rame contenente ossigeno è utilizzato per lattoneria, mentre quello disossidato trova applicazione per la fabbricazione di tubi per impianti idrosanitari o per la distribuzione del gas e dell’acqua. In molti paesi europei il tubo di rame è impiegato negli impianti di distribuzione dell’acqua potabile anche per il suo potere battericida. Applicazioni tipiche del rame esente da ossigeno sono nel settore elettrico.
Leghe
Il rame ha una spiccata capacità di legarsi agli altri metalli che ne rafforzano le caratteristiche meccaniche e chimico-fisiche.
Lo zinco e il rame formano la famiglia degli ottoni. Lo stagno e il rame danno origine ai bronzi. Il binomio rame-nickel forma il gruppo delle leghe denominate cupronickel, di particolare interesse per la loro resistenza alla corrosione.
Ottoni
Gli ottoni, secondo il tenore di zinco presente e la presenza di altri elementi, hanno caratteristiche meccaniche e di lavorabilità diverse. Considerando gli ottoni binari, si parla di fase a quando il contenuto di Zn è inferiore al 36% circa; la struttura cristallina della lega è quella del rame, cioè cubica a facce centrate. Questi ottoni hanno ottima lavorabilità a freddo e a caldo: possono essere lavorati in tutti i modi possibili. Possiedono una buona resistenza alla corrosione. Resistono all’acqua salata meglio del rame. Gli ottoni a a basso tenore di zinco (dal 5 al 20%) hanno una colorazione che va dal rosa al dorato e sono noti come similoro.
Gli ottoni a che contengono dal 20 al 36% di zinco, detti ottoni gialli, sono suscettibili di una forma di corrosione chiamata dezincificazione. Essa avviene quando l’ottone è a contatto con acqua di mare o con acque dolci ad alto tenore di ossigeno e di anidride carbonica. La dezincificazione comporta la dissoluzione dello zinco dalla lega con formazione di rame poroso con scadenti proprietà meccaniche.
Bronzi
Il termine bronzo designava inizialmente solo le leghe rame-stagno; oggi è attribuito anche a leghe di rame esenti da stagno, ma contenente un elemento di lega in tenore maggiore di circa il 12%. Il bronzo, con stagno fino al 9-10%, dà origine a leghe con ottima resistenza alla corrosione e buone caratteristiche meccaniche. Queste leghe sono lavorabili a freddo e si possono laminare, estrudere, forgiare, stampare e trafilare. Aumentando la percentuale di stagno, si ottengono leghe con maggiore durezza e minore duttilità. L’elevata resistenza alla corrosione dei bronzi spiega il loro largo uso in costruzioni a contatto con liquidi o atmosfere corrosive.
Cupronikel
Il nickel aggiunto al rame dà luogo a una famiglia di leghe destinate ad applicazioni speciali. Sono caratterizzate da un’ottima resistenza alla corrosione in ambienti marini. Si usano in impianti di dissalazione e condensatori marini. Notevole è la resistenza meccanica, in particolare la resistenza all’erosione.
Cuprallumini
I cuprallumini, leghe di rame e alluminio (quest’ultimo fino al 10% circa), sono caratterizzati da elevata durezza e resistenza meccanica; in alcune applicazioni possono sostituire leghe più costose, come i bronzi.
Il rame in edilizia
Il rame è usato per coperture di tetti, grondaie, scossaline, pluviali ecc. Il rame e le sue leghe sono usati anche per decorazione d’interni e per rivestimenti di facciate. La resistenza alla corrosione, la duttilità, le caratteristiche tecniche e cromatiche e la totale riciclabilità ne fanno, infatti, un elemento essenziale dell’architettura e dell’edilizia.
Esposto agli agenti atmosferici, il rame assume in successione colorazioni diverse. Dapprima si crea un ossido di colore bruno-marrone, che fa perdere la lucentezza del rame metallico; col passare del tempo questo ossido, arricchendosi di elementi presenti nell’atmosfera, diventa sempre più scuro, fino a giungere a una caratteristica patina di carbonati basici di tonalità verde o verde-azzurra. La velocità con cui cambia colore dipende dai composti presenti nell’atmosfera, dall’umidità e dall’inclinazione della lastra.
Un vantaggio del rame è quello di essere molto lavorabile, essendo un metallo di elevata duttilità. Può essere piegato e lavorato per ottenere dettagli architettonici complicati. Inoltre, non subisce infragilimenti dovuti alle basse temperature.
L’uso del rame è molto apprezzato anche nel campo della “bioedilizia” poiché è riciclabile, naturale, non emette sostanze nocive o pericolose nell’ambiente.
Scambiatori di calore
La resistenza alla corrosione, unita all’ottima conducibilità termica, fa sì che il rame e le sue leghe siano utilizzati per scambiatori termici, sia per usi domestici (per la produzione dell’acqua calda, pompe di calore e pannelli radianti) sia industriali (dissalatori di acqua marina, grandi scambiatori di calore industriali). Come la conduttività elettrica, anche la conduttività termica del rame si riduce per l’aggiunta di componenti di lega. Per questo motivo, per la costruzione di scambiatori di calore, si ricorre al rame puro indurito con lo 0,5% di arsenico o di cromo.
Serramenti, infissi
Il rame si utilizza per la produzione di maniglie (ottenute per pressofusione e stampaggio a caldo), pomelli di porte, cilindri di serrature e altri accessori per arredamento, tra cui vanno segnalati infissi e serramenti. Questi ultimi sono utilizzati soprattutto in strutture commerciali di alto livello. I serramenti sono ottenuti per estrusione dell’ottone, cui possono essere conferiti effetti estetici particolari con trattamenti superficiali.