MERCEOLOGIA E TEORIA DELLA QUALITÀ RIassunto.pdf

MERCEOLOGIA E TEORIA DELLA QUALITÀ LE RISORSE NATURALI Definizione: Elementi o strumenti utilizzati per soddisfare bisogni o raggiungere obiettivi. Categorie: 1. Risorse umane: Competenze e capacità delle persone....

MERCEOLOGIA E TEORIA DELLA QUALITÀ LE RISORSE NATURALI Definizione: Elementi o strumenti utilizzati per soddisfare bisogni o raggiungere obiettivi. Categorie: 1. Risorse umane: Competenze e capacità delle persone. 2. Risorse finanziarie: Denaro. 3. Risorse tecnologiche: Tecnologie disponibili. 4. Risorse naturali: Elementi presenti in ambiente naturale (es. acqua, aria, suolo, minerali, piante, animali, fonti di energia rinnovabile). Caratteristiche delle Risorse Naturali come Beni Economici Utilità: Soddisfano bisogni. Limitatezza: Distribuzione spaziale definita. Accessibilità: Possibilità di utilizzo per soddisfare bisogni. Tecnologia: Progresso tecnologico rende elementi naturali utilizzabili e accessibili. Effetti del Progresso Tecnologico Amplia la disponibilità delle risorse naturali. Rende accessibili risorse precedentemente non utilizzabili. Migliora l’efficienza dei sistemi di lavorazione. Crea possibilità di sostituzione delle materie prime. Classificazione delle Risorse Naturali Non rinnovabili/esauribili: Quantità fissa entro la vita dell'uomo (es. fonti fossili di energia, materie prime minerarie non energetiche). Ciclicamente rinnovabili/rinnovabili esauribili: Stock non si riduce se sfruttamento è inferiore alla crescita naturale (es. foresta). Rinnovabili a flusso continuo: Virtualmente inesauribili (es. sole, vento, acqua). Tipologia di Risorse Naturali Minerarie: o Energetiche o Non energetiche Alimentari: o Agricole o Ittiche o Sintetiche Ambientali: o Acqua o Aria o Suolo o Vegetazione Energia Classificazione delle fonti di energia: o Non rinnovabili: Combustibili fossili, uranio. o Rinnovabili: Sole, vento, acqua. Metallurgia e Industria Industria siderurgica: Produzione di ferro e acciaio. Industria dell’alluminio e del rame. Industria Chimica Produzione di sostanze chimiche fondamentali per vari settori. Problemi Alimentare: Accesso e distribuzione del cibo. Ambientale: Impatto ambientale delle attività umane. Qualità e Certificazione delle Merci Importanza di standard qualitativi e certificazioni per garantire la qualità delle merci. RISORSE NATURALI AMBIENTALI Distribuzione delle Risorse Biosfera, atmosfera, idrosfera: Dove si trovano le risorse naturali. Acqua Aria Rinnovabile: Distribuzione non Rinnovabile: Composizione quasi uniforme. costante. Fattori: Influenzata da suoli, venti, Composizione: N2, O2, Ar, CO2. latitudine, altitudine, vegetazione. Uso industriale: Distillazione Usi: Domestici, urbani, industriali, frazionata per ottenere gas puri. agricoli. Ciclo dell'acqua: Evaporazione, Suolo condensazione, precipitazione. Esauribile: Rinnovabile a velocità Vegetazione inferiore a quella di degradazione. Funzioni: Magazzino di nutrienti, Rinnovabile: Fotosintesi clorofilliana. acqua, aria per le piante; primaria per Funzioni: Produzione di nuova l'agricoltura. biomassa, rigenerazione ossigeno. Gestione dell'Acqua Distribuzione: 70.8% superficie terrestre coperta da acqua. Ciclo naturale: Determinato da scambio di energia solare. Distribuzione idrica: 97% acqua salata, 2.3% acqua solida, 0.7% acqua dolce. Trattamenti di Potabilizzazione dell'Acqua Fisici: Grigliatura, sedimentazione, filtrazione. Chimici: Addolcimento, stabilizzazione, deferrizzazione. Affinazione: Adsorbimento su carboni attivi, demineralizzazione. Disinfezione: Clorazione, ozonizzazione, attinizzazione. Emergenza Idrica Problema globale: Un terzo della popolazione mondiale. Causa: Sviluppo industriale, agricoltura intensiva, crescita demografica. Gestione Corretta delle Acque Razionalizzazione: Nuove tecniche di irrigazione, riciclo industriale, educazione. Preservazione: Trattamento dei rifiuti. Incremento: Sfruttamento dei depositi sotterranei. Processo di Dissalazione Obiettivo: Ottenere acqua dolce dai mari. Risultato: Acqua pura con basso tenore di sali. Risorse Naturali Minerarie Provenienza: Litosfera (crosta terrestre e parte esterna del mantello). Strati: o Granito: Esterno, continenti, ricco di silice e alluminio. o Basalto: Interno, fondali oceanici, ricco di silicati di ferro e magnesio. o Intermedio: Composizione non nota. RISORSE NATURALI DELLA LITOSFERA Tipologie di Risorse Energetiche: o Combustibili fossili o Uranio Non Energetiche: o Minerali metallici per l'industria metallurgica: ▪ Abbondanti (>0,01%): Al, Fe, Mg, Ti, Mn, Cr ▪ Rari ( 5700 Kcal/kg o Sostanze volatili Uso: o Potere calorifico o Carbone metallurgico (coke) o Carbone termico (vapore) Ciclo del Carbone Estrazione: Sotterraneo o a cielo aperto. Preparazione: Frantumazione, classificazione, essiccamento. Trasporto: Miniera-porto, trasporto oceanico, imbarco e sbarco. Incidenza sul Costo Estrazione: ~30% Trasporto miniera-porto: ~25% Trasporto oceanico: ~40% Operazioni di imbarco e sbarco: ~5% Rotte Internazionali Australia → Giappone USA → Europa, Giappone Polonia → Europa Occidentale Sud Africa → Europa Utilizzazione del Carbone Processi di Trasformazione: o Distillazione secca (coke) o Gassificazione (combustibili gassosi, prodotti chimici) o Liquefazione (combustibili liquidi, prodotti chimici) FONTI NON RINNOVABILI DI ENERGIA: COMBUSTIBILI FOSSILI E URANIO Tipologie di Risorse Minerarie Energetiche: o Combustibili fossili: carbone, petrolio, gas naturale. o Uranio. Combustibili Fossili Origine: Formati da residui animali e vegetali. Utilizzo: Combustione per produrre calore e energia. Prodotti Derivati: Siderurgia, fertilizzanti, materiali plastici, fibre sintetiche. Distillazione Secca Gassificazione Processo: Reazione del vapore d'acqua con carbone rovente. o Produzione di gas d'acqua: C + H₂O → CO + H₂ o Produzione di gas misto: 4C + 2H₂O + O₂ + 4N₂ → 4CO + 2H₂ + 4N₂ Metanizzazione: CO + 3H₂ → CH₄ + H₂O Liquefazione Via Diretta: Processo Bergius (non economico industrialmente). Via Indiretta: Gassificazione seguita dal processo Fischer-Tropsch. Impatto Ambientale del Carbone Inquinamento: Estrazione, trasporto, combustione. o Emissioni: Ossidi di azoto, anidride solforosa, particolato. o Problemi: Piogge acide, metalli pesanti. Petrolio Origine: Sostanze organiche conservate nel sottosuolo per milioni di anni. Composizione: Circa 200 idrocarburi e altre sostanze (zolfo, azoto, fosforo, ossigeno, elio). Estrazione e Trasporto del Petrolio Estrazione: Trivellazione. Trasporto: Oleodotti, petroliere, autocisterne, carri ferroviari. Raffinazione del Petrolio Distillazione Frazionata: Riscaldamento oltre 360°C. Processi Speciali: o Cracking: Produzione di idrocarburi leggeri. o Reforming: Aumento del numero di ottano delle benzine. Caratteristiche dell'Industria Petrolifera Capitale Intenso: Richiede ingenti investimenti. Organizzazione: Coinvolge spesso società extranazionali. Mercato del Petrolio OPEC: Dodici paesi produttori (71% delle riserve mondiali). Italia: Importa il 95% dei prodotti petroliferi consumati. Impatto Ambientale del Petrolio Inquinamento: Durante trasporto, lavorazione e combustione. o Problemi: Sversamenti in mare, inquinamento atmosferico (biossido di carbonio, ossidi di zolfo e azoto, particolato). IL GAS NATURALE Composizione: Miscela di idrocarburi gassosi, principalmente metano. Geologia: Fase gassosa del petrolio. Giacimenti: o Gas associato: Con petrolio. o Gas non associato: Solo gas naturale. Estrazione e Trasporto: o Tecnica simile al petrolio. o Trasporto tramite gasdotti/metanodotti. o Navi per gas liquefatto. Impieghi: o Uso domestico/commerciale: Riscaldamento, cottura. o Uso industriale: Chimica, alimentare, metallurgica. o Autotrazione: Pulito, abbondante, sicuro. Impatto ambientale: o Meno ozono, ridotte emissioni. o Prodotto da scarti vegetali e reflui zootecnici. L’URANIO Fonte: Centrali nucleari a fissione. Isotopi: 234U, 235U, 238U. Arricchimento: Necessario per uso nucleare. Produzione di energia: Elevata, con minime emissioni di CO2. Reazione di fissione: o Decadimento di nuclei instabili. o Reazione a catena con neutroni. Centrale Nucleare: o Nucleo con barre di combustibile, moderatore e barre di controllo. o Energia termica convertita in energia meccanica ed elettrica. o Sicurezza: Raffreddamento, contenimento robusto, sistemi ridondanti. o Ricarica: Sostituzione periodica delle barre di combustibile. GENERAZIONI DI REATTORI Prima generazione: Anni '50-'60, bassa potenza. Seconda generazione: Anni '60-'90, grande potenza, attualmente in funzione. Terza generazione: Dal '90, norme di sicurezza più severe, circa 30 reattori costruiti. Terza generazione avanzata (III+): Standard di sicurezza restrittivi. Quarta generazione: Sviluppo futuro, tecnologie innovative, sicurezza passiva. SVANTAGGI DELLE CENTRALI NUCLEARI Incidenti: Rischi elevati (Chernobyl, Fukushima). Scorie radioattive: Stoccaggio problematico, alta radiotossicità. Costi: Alti costi di realizzazione, sicurezza, smantellamento. Accettazione sociale: Difficoltà di localizzazione dei depositi di scorie. LA FUSIONE NUCLEARE Reazioni: Fusione di nuclei leggeri, energia elevata. Applicazione: o Fissione nucleare: Tecnologia consolidata.  o Fusione nucleare: Fase sperimentale, non ancora realizzata in modo stabile sulla Terra. LE FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI 1. Sole: Energia solare fotovoltaica e termica. 2. Vento: Energia eolica tramite turbine. 3. Acqua: Energia idroelettrica sfruttando flussi e correnti. 4. Terra: Energia geotermica dalle profondità terrestri. 5. Biomasse: Utilizzo di materiali organici per produrre energia. Vantaggi delle Fonti Rinnovabili: Non si esauriscono mai. Riduzione dell'inquinamento e dei rischi ambientali. Diverse e abbondanti risorse disponibili. Contribuiscono alla riduzione delle emissioni di gas serra. Obiettivi: Sostituire i combustibili fossili e ridurre la dipendenza dall'energia nucleare. Migliorare la sostenibilità e la sicurezza energetica globale. Il Sole Caratteristiche: Energia illimitata e non inquinante, ma intensità non omogenea. Tecnologie Utilizzate: Pannelli solari e fotovoltaici. Sfruttamento Attuale: Principalmente piccoli impianti. Il Vento (Energia Eolica) Tecnologia: Pale del generatore mosse dal vento fanno girare un alternatore che produce elettricità. Caratteristiche: Non inquina, inesauribile, gratuita, dipende dall'intensità e costanza del vento. Impianti Eolici: Richiedono grandi aree per raggiungere la potenza desiderata. L’Acqua (Energia Idroelettrica) Fonte di Energia: Utilizza l'acqua per produrre energia elettrica tramite centrali idroelettriche. Caratteristiche: Fonte pulita, gratuita e inesauribile. Tecnologia: L'acqua in movimento fa girare turbine collegate a generatori elettrici. La Terra (Energia Geotermica) Principio di Funzionamento: Utilizza il calore proveniente dal sottosuolo. Tecnologia: Centrali geotermiche. Caratteristiche: Realizzabili solo in determinate zone, contribuiscono limitatamente al fabbisogno energetico complessivo. Le Biomasse Fonte di Energia: Materiali organici come residui agroindustriali e forestali.  Benefici: Riduzione dell'uso di prodotti inquinanti, riciclo dei sottoprodotti agricoli, potenziale per l'autoapprovvigionamento energetico. Energia Solare Tecnologia: Pannelli fotovoltaici e solari termici. Efficienza: Sistemi con provata efficienza e durata, bassa manutenzione. Energia Eolica Processo di Conversione: Utilizza macchine eoliche simili a mulini a vento. Componenti Principali: Rotore, generatore. Principio di Base: Trasformazione dell'energia cinetica del vento in energia elettrica. Energia Idroelettrica Processo di Conversione: Utilizza impianti idroelettrici. Fattori Determinanti: Portata e salto. Principio di Base: Sfruttare il flusso d'acqua e la differenza di altezza per generare energia elettrica. Energia Geotermica Fonte dell'Energia: Vapore ad alta temperatura proveniente da campi geotermici nel sottosuolo. Processo di Estrazione: Perforazione del sottosuolo per estrarre il fluido geotermico. Energia da Biomassa Tecnologie di Conversione: Digestione anaerobica, fermentazione alcoolica, estrazione di olii, combustione diretta. Vantaggi: Abbondanza, facilità di estrazione, basso impatto ambientale, neutralità nell'effetto serra. Criticità: Emissione di VOC, diossine, metalli pesanti, particolato ultrasottile. Biomasse nel Mondo Paesi in Via di Sviluppo: 38% energia da biomasse, fino al 90% in alcuni. Paesi Industrializzati: Contribuiscono solo per il 3%. Europa: Paesi del centro-nord all'avanguardia, Italia in ritardo nello sviluppo ENERGIA ELETTRICA Industria elettrica inizia nel 1882 con la centrale di Pearl Street a New York. In Italia nel 1883 con la centrale termoelettrica di Via Santa Radegonda a Milano. Primi impianti idroelettrici nel 1887. Crescita rapida nel primo ventennio del XX secolo, con prevalenza dell'idroelettrico. Fonti di Energia Idroelettrica: Prevalente fino al 1960, poi declino. Termoelettrica: Crescita dal 1960, dominante nel 1973. Nucleare: Inizia nel 1963, declina dopo Chernobyl nel 1986.  Caratteristiche dell'Energia Elettrica Trasmissione e distribuzione efficienti. Trasformazione immediata e pulita. Limitazioni nell'accumulo e nel trasporto. Consumi di Energia Elettrica Principalmente industriale, seguito da usi domestici, agricoltura e settore terziario. Centrali Idroelettriche Struttura: Raccolta, conduttura, turbina, generatore, controllo portata. Tipologie: Ad acqua fluente, a deflusso regolato, di accumulazione. Centrali Termoelettriche Utilizzano combustibili fossili o nucleari per generare vapore e movimentare turbine. Diagramma di Carico Rappresenta la richiesta di potenza nel tempo, con picchi giornalieri e settimanali. Unità di Misura: Chilowattora (kWh) Dipende dalla potenza e dal contratto. Diversi utilizzi: Illuminazione, domestico, agricoltura, industriale. METALLI Oro: Utilizzato per suppellettili e gioielli fin dall'antichità. Argento: Seguì l'oro nell'uso. Rame: Utilizzato per oggetti comuni, estratto da minerali ossidati. Bronzo e Ferro: Emergono circa nel 2000 a.C. nel Mediterraneo. Primi Processi Siderurgici: Ferro ottenuto da minerali e legna in fornaci. Evoluzione tecnologica: Dai mantici del XII secolo ai forni a riverbero e ai primi forni elettrici. Metallurgia Studio dei metalli, estrazione e lavorazione. Materie prime: Minerali contenenti metalli. Processi di estrazione: Magnetici, flottazione, gravimetrici, elettrostatici. Trattamenti estrattivi: Calcinazione, roasting. Proprietà Fisiche e Meccaniche dei Metalli Tenacità: Resistenza alla rottura. Durezza: Resistenza alla penetrazione. Resilienza: Resistenza all'urto. Deformabilità: Capacità di piegarsi. Malleabilità: Capacità di ridursi in lamine. Duttilità: Capacità di ridursi in fili. Prove di Fatica: Resistenza a sollecitazioni cicliche.  LA SIDERURGIA Estrazione del minerale Ottenimento della ghisa e dell’acciaio Trasformazione dell’acciaio in prodotti semifiniti o finiti IL CICLO PRODUTTIVO Preparazione delle materie prime: minerali di ferro, rottami, preridotto, carbone coke, fondenti. Ottenimento della ghisa nell'altoforno Affinazione della ghisa: al convertitore o al forno elettrico Colaggio dell'acciaio Laminazione dell'acciaio Vantaggi: Continuità delle lavorazioni Ciclo continuo: l’altoforno funziona ininterrottamente LA PRODUZIONE DELLA GHISA Composizione: Lega ferro-carbonio (2-5% carbonio) Processo: Riduzione degli ossidi di ferro con carbone nei altiforni L’ALTOFORNO Struttura: Acciaio rivestito di refrattario Dimensioni: Altezza ~80m, crogiolo >10m Processo: Trasformazione del minerale in ghisa con coke e fondenti Durata: Funzionamento fino a sette anni LE ZONE DELL'ALTOFORNO 1. Bocca di carica: Apertura superiore 2. Tino: Parte lunga, riduzione indiretta 3. Ventre: Parte mediana, riduzione diretta 4. Sacca: Combustione e fusione 5. Crogiolo: Raccolta dei materiali fusi Prodotti secondari: Gas (CO e H): Preriscaldo dell’aria Scorie (loppa): Produzione di cemento e lana di scorie CARATTERISTICHE DELLE GHISE Ghisa bianca: Elevata durezza, resistenza all’usura Ghisa grigia: Contiene grafite, più tenace e lavorabile Ghisa malleabile: Trattata per maggiore malleabilità Ghisa nodulare: Migliore duttilità e resistenza PROCESSI DI FABBRICAZIONE DELL’ACCIAIO Processo LD (ad ossigeno): Convertitore, ossigeno riduce carbonio Processo al forno elettrico: Fonde ghisa e rottami con energia elettrica COLAGGIO E LAMINAZIONE Colaggio: In forme o continuo Laminazione: Deformazione del lingotto, lavorazioni a caldo, freddo e di finitura CLASSIFICAZIONE COMMERCIALE DEGLI ACCIAI Acciai non legati: Ordinari o al carbonio Acciai legati: Aggiunta di elementi per migliorare le proprietà MINIACCIAIERIA Produce prodotti finiti o semilavorati Utilizza rottame ferroso nel forno elettrico Dimensioni ridotte, risponde rapidamente alla domanda di mercato L’ALLUMINIO Isolato nel 1825 Produzione industriale: Iniziata nei primi anni del 1900 Italia: Produzione iniziata a Bussi nel 1907 LA PRODUZIONE DELL’ALLUMINIO Minerali: bauxite, criolite, leucite, nefelina, alunite. Processo: estrazione della bauxite → conversione in allumina tramite il processo Bayer → elettrolisi per ottenere alluminio. Proprietà del metallo: alte proprietà meccaniche, buona resistenza alla corrosione. USI DELL’ALLUMINIO Metallo strutturale in aerei, navi, automobili, edilizia, imballaggi, utensili da cucina, vernici. IL RICICLO DELL’ALLUMINIO Risparmio energetico: 95% rispetto all’estrazione. Materie prime: rottami pre-consumo e post-consumo. Processo: separazione e pre-trattamento → fusione a 800°C → produzione di lingotti. LA PRODUZIONE DEL RAME Minerali: calcopirite, calcosina, cuprite. Processo: estrazione → frantumazione e macinazione → flottazione → concentrazione → arrostimento → fusione e conversione → raffinazione termica ed elettrolitica. Rame primario: estratto dalle miniere. Rame raffinato: prodotto della raffinazione, inclusi rottami. USI DEL RAME Condutture elettriche, impiantistica idrotermosanitaria, rubinetteria, nautica, architettura, monetazione, artigianato, trasporti, edilizia. LEGHE DEL RAME Ottone: rame e zinco. Bronzo: rame e stagno.  Cupronickel: rame e nichel. Bronzi all'alluminio: rame e alluminio. IL RICICLO DEL RAME Non nocivo e completamente riciclabile. Contribuisce alla sostenibilità riducendo i rifiuti. Risparmio energetico significativo. Rame di riciclo: o Primo tipo: smantellamento di manufatti. o Secondo tipo: ritagli di produzione. MERCATO DEL RAME Domanda raddoppiata negli ultimi 25 anni. 41% della domanda UE soddisfatta dal riciclo. Principali produttori mondiali: Cile, Cina, Perù, USA, Australia. Cina principale produttore di rame raffinato.