Caratteristiche e applicazioni

Il mercurio, unico metallo liquido a temperatura ambiente, sin dall'antichità più lontana, ha suscitato curiosità e interesse. In particolare fu al centro della curiosità e dell'interesse dell'alchimia, una disciplina teorica e applicata, che aveva per fine precipuo la trasformazione dei metalli vili in metalli preziosi. L'alchimia conobbe la sua stagione più florida durante il medioevo e fino al rinascimento, quando però dovette lasciare il posto alla chimica che, pur raccogliendone l'eredità, seppe marcare delle profonde e insanabili rotture. Infatti, mentre l'alchimia mirava ad una conoscenza globale e intuitiva del mondo e subordinava i propri risultati al consenso ed all'azione di potenze extra umane, la chimica si appoggia esclusivamente su basi razionali e quantitative.

Le origini dell'alchimia vengono fatte risalire a Ermete Trismegisto, un sapiente vissuto in Egitto duemila anni prima di Gesù Cristo, ma molto probabilmente il suo nome trova origine nella fusione dei nomi di due divinità, una greca, Ermes (o Mercurio per i romani), ed una egiziana, Toth (Trismegisto, infatti tris mega Toth = tre volte grande Toth). Il procedimento metallurgico specifico dell'alchimia mirava alla trasmutazione di metalli come il piombo, in argento con una operazione chiamata piccolo magistero, o in oro, grande magistero. Per quel che riguarda il mercurio ed il suo ruolo nell'universo alchemico, occorre ricordare che esso fu considerato "anima" di tutti i metalli, e fu al centro di tutti i tentativi alchimistici di ottenere l'oro, come sostenne di essere riuscito a fare il francese Denis Zachaire, che pagò con la vita il segreto del suo procedimento. Nomi utilizzati anticamente per indicare il mercurio sono argentovivo e idrargirio o hydrargyrum in latino, (Hydrargyrum è il nome da cui deriva il simbolo Hg del Mercurio) che a sua volta deriva dal greco hydrargyros, composto da ù5cop, "hùdor" (acqua) e apyupoc;, "àrgyros" (argento).

Il mercurio trova principale impiego nella preparazione di prodotti chimici industriali e in campo elettrico ed elettronico. Viene usato nei termometri, barometri, sfigmomanometri, coulombometri, pompe a diffusione e molti altri strumenti da laboratorio, scelto perché liquido, opaco e di alta densità. Tra i suoi impieghi in campo elettrico ed elettronico rientrano la realizzazione di interruttori, elettrodi, pile. In campo medico, l'amalgama di mercurio con altri metalli è usato per realizzare le otturazioni dentali. Nelle "celle a mercurio" viene utilizzato un elettrodo di mercurio liquido per condurre l'elettrolisi del cloruro di sodio in acqua, per produrre cloro gassoso e idrossido di sodio.
Il mercurio è stato usato anche come liquido di raffreddamento in alcuni tipi di centrali elettronucleari e per realizzare telescopi a specchio liquido. Il mercurio ha trovato impiego anche nella purificazione dei minerali di oro e argento, attraverso la formazione di amalgame.
Questo utilizzo, altamente inquinante e nocivo per l'ambiente e i minatori, è ancora diffuso nelle miniere d'oro del bacino del Rio delle Amazzoni, in Brasile.
I vapori di mercurio sono usati in alcuni tipi di lampade a fluorescenza.
Grazie alla elevata tensione superficiale è un liquido che non penetra nelle porosità aperte dei comuni materiali da costruzione. Questo permette di misurare la distribuzione della porosità aperta dei materiali mediante porosimetria ad intrusione di mercurio. Ancora più vasti sono gli utilizzi dei composti chimici del mercurio come catalizzatori, coloranti, insetticidi. Molti degli usi comuni in passato, compresi erbicidi e farmaci, sono stati abbandonati per la tossicità del mercurio.
Nel corso del XX secolo la produzione mondiale di mercurio ha subito un aumento mai registrato nei secoli precedenti.

Le cause della sua crescita sono da rintracciarsi soprattutto in un ampliamento delle utilizzazioni di questo metallo, in una maggiore richiesta da parte dei settori industriali che tradizionalmente lo usavano e nel miglioramento delle tecnologie di estrazione.
Nel primo caso una elevata domanda di mercurio è giunta dall'industria elettrica. Le caratteristiche fisiche del metallo, elevato peso specifico ed alta conducibilità elettrica e termica, ne hanno infatti consentito un vasto uso nella produzione di lampade a vapori di mercurio, nonché interruttori, raddrizzatori, manometri e contatori. Anche l'industria chimica nata come quella elettrica alla fine del XIX secolo e diventata strategica negli anni tra le due guerre mondiali, ha contribuito notevolmente ad aumentare la domanda mondiale. Il mercurio è servito come base nella produzione di numerose vernici, di vari insetticidi e soprattutto nella preparazione di alcune tipologie di esplosivi. Non si deve infine dimenticare l'estensione del suo utilizzo nei processi elettrolitici di produzione del cloro e della soda caustica.
Tra le varie industrie chimiche, quella farmaceutica ne ha fatto un abbondante uso nella preparazione di disinfettanti e, negli anni trenta del ventesimo secolo lo ha usato massicciamente come base di medicinali, soprattutto disinfettanti, destinati a combattere la sifilide e varie patologie di natura parassitaria come la scabbia e la tigna. I settori che tradizionalmente avevano fatto uso del mercurio, come quello, metallurgico, hanno contribuito all'aumento della domanda internazionale.
Poiché questo minerale ha la capacità di amalgamarsi con numerosi altri è stato usato copiosamente nella preparazione dei metalli. Tranne il ferro ed il nichel tutti i minerali sono attaccati dal mercurio; la reazione chimica che si sviluppa dà luogo ad un amalgama, dal quale si riesce più facilmente ad estrarre il metallo. In particolare questo processo è stato usato massicciamente nel processo con cui si ricava l'oro e l'argento. La risposta data a questi incrementi di domanda ha portato nel corso del XX secolo ad un aumento delle ricerche minerarie e all'attivazione di altri giacimenti accanto a quelli tradizionali. Così, alle vecchie miniere di Almadèn in Spagna, di Idria in Istria e di Abbadia San Salvatore in Italia, si sono aggiunti progressivamente quelli di Nikitowka in Russia e quelle nella Repubblica Popolare Cinese, nonché altri giacimenti più piccoli in California, nel Messico e in Perù.

All'interno della produzione mondiale le miniere di Abbadia hanno rappresentato, almeno fino agli anni sessanta, una di quelle più importanti. Tuttavia dopo una fase di ascesa della produzione che ha raggiunto il suo apice massimo negli anni '50/ '60, altre realtà minerarie si sono affacciate sul mercato internazionale, riducendo la quota percentuale di produzione delle miniere toscane. Queste nuove realtà, sorte in contesti meno tutelati dal punto di vista delle condizioni di lavoro, hanno potuto contare su costi di produzione inferiori, portando ad una progressiva dismissione delle miniere toscane tra le quali quella di Abbadia San Salvatore.

 

Impianto Metallurgico: i primi forni

Nel processo metallurgico finalizzato ad ottenere il mercurio dal cinabro, sono stati utilizzati nel tempo due soli metodi: I - distillazione 2-arrostimento.

Il processo di distillazione era basato sulla riduzione del cinabro per mezzo della calce viva o del ferro (in pezzi o limatura) entro recipienti chiusi, riscaldati esternamente. Il mercurio, che si svolge in vapore, esce sotto pressione, passa nei condensatori e si raccoglie sotto l'acqua allo stato metallico.
Il processo di arrostimento, può applicarsi in mucchi, in forni a tino (o a torre) e in forni a caduta. Il processo di ottenimento del Mercurio dal Cinabro, unico solfuro semplice di mercurio da cui è possibile estrarre in modo economico il metallo stesso, prevede l'arrostimento del minerale all'interno di forni; a circa 500-600 °C il mercurio sublima, passa cioè dallo stato solido a quello gassoso. L'estrazione del mercurio dal suo solfuro (HgS), veniva compiuta all'aria aperta.

Il cinabro frammentato era introdotto in vasi poi chiusi con muschio, capovolti, incastrati su altri vasi e interrati in prossimità del fuoco. Il calore provocava una reazione chimica che produceva mercurio puro allo stato gassoso. Il raffreddamento successivo causava la caduta dal vaso superiore a quello inferiore del mercurio che, filtrato dal muschio, passava allo stato liquido. Già nel Medioevo, lo scienziato senese Vannoccio Biringuccio, aveva dedicato per primo nel suo De la Pirotechnia una forte attenzione agli effetti nocivi del mercurio: "Ha proprietà di contrarre li nervi a quelli artefici che lo estraeno de la miniera, se non son molto cauti, et a quelli che longamente manegiando il pratticano, fa tutti li lor membri deboli e paralitici".

Ad Almaden, dal '500 fino ai primi decenni del XX secolo, è stato usato il forno Bustamante, a sezione circolare, con il focolare nella parte inferiore e la camera di distillazione nella parte superiore, dove si caricava il cinabro. I condensatori erano costituiti da tubazioni in terracotta. Il mercurio colava dalle tubazioni e, attraverso appositi fori, finiva su un pavimento inclinato. Questo tipo di forni non poteva funzionare in estate, a causa della elevata temperatura esterna che danneggiava il processo.

Nel 1782 nella Miniera di Idria si cominciarono a sperimentare le prime camere di condensazione che, nonostante i perfezionamenti apportati nel 1842 da Glovacki, mantenevano un elevato rischio di intossicazione.
Restava ancora aperto, e difficile da risolvere, il problema della cottura del cinabro. I forni erano ancora primitivi, fortemente nocivi e inquinanti, e soprattutto incapaci di eliminare le elevate perdite di mercurio metallico prodotto con una notevole scarsità di raccolta.
Il primo forno istallato nell'area del Monte Amiata è stato realizzato presso Selvena, nella contea di Santa Fiora nell'anno 1738 dal chimico e naturalista di Camerino Stefano Mattioli. Venne poi descritto dal celebre naturalista Giorgio Santi che lo poté osservare nel corso dei suoi viaggi per le terre di Toscana alla fine del Settecento. Questo fornetto doveva produrre circa 3000 libbre di mercurio metallico all'anno e seguiva una procedura non molto dissimile dal tradizionale metodo della distillazione descritta a metà del '500 nella Pirotechnia di Vannoccio Biringuccio.
La tecnica impiegata si rifà, dunque, ad un ambito storico e tecnologico ben più antico e lascia supporre l'esistenza di una lunga tradizione nell'uso delle risorse cinabrifere di Selvena. Già nel XIII secolo infatti, alcuni documenti parlano dell'esistenza di una argenteria de Silvena, all'interno del grande patrimonio della casata Aldobrandesca.
Il forno risultava costituito da due parti divise da una lastra in peperino.
Nella porzione superiore del forno veniva disposto il minerale ricco, precedentemente ridotto in pezzi di varia misura, attraverso un'apertura della volta poi sigillata con un rivestimento di argilla. Nella porzione inferiore veniva lasciato lo spazio per accendere il fuoco, a cui era assicurato adeguato sfogo e ventilazione attraverso alcune aperture laterali praticate nelle pareti del forno. La metà superiore era chiusa da una volta ottenuta mediante l'incastro perfetto di più pezzi, tutti sigillati per mezzo di argilla, o lutati, e collegati, attraverso un'apertura circolare al sommo della volta, ad una serie di manicotti in argilla di diametro decrescente, anch'essi incastrati e lutati l'uno con l'altro, ed inclinati opportunamente.
Questa piccola ciminiera terminava con due estremità, la prima e più grande in asse con i pezzi precedenti, la seconda aperta ed affacciata su un pentolo pieno d'acqua.
Una volta acceso il fuoco nella metà inferiore del forno, per effetto del calore si otteneva l'evaporazione dello zolfo e la formazione di vapori ricchi in mercurio.
Quest'ultimo, raffreddandosi nel percorso creato dai tubi in terracotta, in parte si raccoglieva in forma liquida all'interno del recipiente finale, ed in parte si fissava ai tubi stessi. Da qui veniva asportato mediante l'introduzione di un apposito palo armato di un cencio attraverso l'altra apertura alle estremità della tubatura. Il processo di arrostimento delle glebe cinabrine durava in media dodici ore.
Durante questo periodo si poteva procedere all'apertura laterale della cupola per muovere i pezzi e favorirne l'arrostimento, ed anche per inserire nuova materia prima.