Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire agli studenti informazioni su problematiche attuali riguardanti i minerali e l’ambiente. Al termine del corso lo studente avrà acquisito gli elementi conoscitivi di base sul problema minerali e ambiente e sarà in grado di capire quali possono essere le tecniche di indagine più idonee allo studio di casi reali.
Prerequisiti
Nozioni di base di mineralogia e chimica
Contenuti dell'insegnamento
Nel corso verranno affrontate alcune problematiche riguardanti i minerali, il loro rapporto con l'ambiente circostante e l'uomo. In particolare verranno affrontate nozioni sui minerali asbestiformi, gli scarti del settore minerario, i rifiuti industriali e domestici, l’uso di minerali e rocce in edifici, monumenti e altri manufatti antropici, l’aerodispersione di particelle, i minerali sintetici e le nuove ceramiche tecnologiche.
Programma esteso
Introduzione e ripasso
Introduzione agli argomenti che verranno trattati nel corso. Ripasso della mineralogia sistematica: elementi nativi, solfuri, alogenuri, ossidi e idrossidi, carbonati, solfati, fosfati.
Silicati (neso, soro, ciclo, ino, fillo, tecto). Definizione di soluzione solida, poliedro di coordinazione, cenni su alcuni diagrammi di stato.
Gli amianti
Amianti: cosa sono, quali sono secondo normativa, sorgenti naturali di amianti, caratteristiche chimico fisiche dei minerali dell'amianto. Utilizzi dell'amianto in passato. Suddivisione dei materiali amiantiferi. Concetto di esposizione naturale e antropica.
Legislazione italiana sugli amianti. Metodi di smaltimento degli amianti. Normativa sullo smaltimento. Lavorazione di pietre verdi. Tecniche di analisi di amianti: MOCF, XRD, TEM, SEM-EDS. Casi reali di sospetta presenza di amianto: procedure.
Polveri minerali
Casi di studio di minerali fibrosi dannosi per la salute: i casi di Biancavilla (CT) e Karain (Cappadocia). Problematiche legate all'utilizzo e l'esposizione di polveri minerali: la silice cristallina e amorfa. Ambienti e lavori a rischio: l'estrazione e la lavorazione delle rocce silicee. Tecniche di analisi di polveri sottili (nanometriche): il microscopio elettronico a trasmissione
I minerali nelle scorie degli inceneritori
Definizioni e cenni di legislazione dei rifiuti. Analisi dei rapporti dei rifiuti urbani e speciali. Tipologie di inceneritori e termovalorizzatori. Processo di trattamento dei rifiuti. Analisi di scorie: esempi pratici in laboratorio. Riutilizzo attuale e ipotesi future.
Le zeoliti
Nomenclatura, cristallochimica e framework. Proprietà dei materiali zeolitici: assorbimento, setacciamento molecolare, scambio cationico, disidratazione reversibile, proprietà catalitiche. Tecniche di analisi delle zeoliti.
Genesi naturale e sintesi in laboratorio. Le zeoliti naturali in Italia. Applicazioni: zootecnia, ortocoltura e florocoltura, campo ambientale, industria chimica dei detergenti, ecc... Esempi di utilizzi di zeoliti in vari campi.
Il particolato atmosferico
Definizione e discussione di inquinamento atmosferico. Cause di inquinamento atmosferico. La qualità dell'aria nel mondo e in Italia. Gli inquinanti atmosferici e la legislazione attuale. Metodi di campionamento dell'aria. Il PM10. Tecniche di analisi di routine e sperimentali
I minerali nei beni culturali e materiali ceramici
1)i materiali lapidei naturali ornamentali: utilizzi, denominazione petrografica e commerciale, normativa, caratteristiche, importazione ed esportazione
2)le gemme: definizione, caratteristiche, gemme naturali e sintetiche, cenni di storia dell'utilizzo di gemme
3) la ceramica: definizione, storia, tecniche di produzione, ceramiche archeologiche, materiali ceramici tradizionali, avanzati e bioceramici, materie prime argillose.
4) il vetro: chimica del vetro, cenni di storia dell'utilizzo, tecniche di analisi
5)materiali metallici e leghe: caratteristiche, utilizzo nella storia, estrazione dei metalli, tecniche di produzione.
6)pigmenti naturali e artificiali: esempi e casi di studio, identificazione dei pigmenti, tecnica dell'affresco, i colori nella storia.
Bioleaching e waste managment
Utilizzo di batteri per l'estrazione e l'analisi del leaching metallico da scorie di inceneritori
Georisorse minerarie – accenni
Cenni sulle risorse minerarie, elementi nativi e metalli. Metalli scarsi, abbondanti e preziosi, PTE, REE. Impatto ambientale da attività mineraria. Elementi indispensabili e elementi tossici per l'uomo.
Tecniche di analisi
Tecniche di analisi 1. Stereomicroscopio, microscopio ottico, microscopio elettronico a scansione con microanalisi. Esempi di utilizzo del SEM-EDS. Esempi di utilizzo del TEM. Casi di studio presi da articoli scientifici.
Tecniche di analisi 2: diffrazione raggi X da polveri, teoria della diffrazione, funzionamento e utilizzo del diffrattometro. Ripasso dei reticoli cristallini. Esempi in laboratorio: identificazione di minerale Al2O3. Limiti e vantaggi del metodo.
Interazione luce-materia: assorbimento, riflessione e rifrazione. Il colore nei minerali.
tecniche spettroscopiche. Tecniche spettroscopiche: UV-VIS, Raman, IR. Teoria e esempi di riconoscimento fasi mineralogiche.
Tecniche di indagine del particolato atmosferico: le centraline del PM10 e la pesatura dei filtri. Esempi di analisi SEM e TEM. Analisi magnetiche per lo studio dei minerali magnetici su filtri e e foglie come bioindicatori. Il magnetismo, IRM, SIRM, suscettività magnetica. Casi di studio di biomagnetismo ambientale.
Prove pratiche in laboratorio
Esempi pratici di analisi al SEM-EDS (laboratorio).
Esempi e prove pratiche di analisi XRD (laboratorio)
Esempi pratici di utilizzo del micro-Raman (in laboratorio).
Bibliografia
Esempi pratici di ricerca bibliografica.
Previste uscite didattiche per visionare sul campo casi di studio di mineralogia ambientale
Bibliografia
Le slide delle lezioni ed il materiale per le esercitazioni sono messe a disposizione nella piattaforma Elly
Environmental Mineralogy, 2000/2012, Eds. David J. Vaughn and Roy A. Wogelius. EMU Notes in Mineralogy, 2. Eotvos University Press, Budapest.
Mineralogia, 2004, di Cornelis Klein, ed. Zanichelli
Metodi didattici
- lezione frontale - in presenza / a distanza
- discussione su casi di studio reali - in piccolo gruppi o a distanza
- l’esercitazione di laboratorio (suddivisione in gruppi)
- seminari di approfondimento (in presenza e/o a distanza)
- uscite didattiche (da organizzare per gruppi se necessario)
LE LEZIONI SARANNO ORGANIZZATE IN PRESENZA. QUALORA L’EMERGENZA SANITARIA PERDURASSE, CI SARÀ LA POSSIBILITÀ DI FRUIRE ANCHE A DISTANZA DELLE LEZIONI FRONTALI IN MODALITÀ ASINCRONA e in streeming (CARICATE SULLA PAGINA ELLY DEL CORSO); LE ESERCITAZIONI IN LABORATORIO SARANNO ORGANIZZATE IN PRESENZA CON 2/3 STUDENTI.
Modalità verifica apprendimento
Gli esami di profitto saranno organizzati in presenza. Qualora l’emergenza sanitaria perdurasse, gli esami verranno svolti a distanza con la stessa modalità degli esami in presenza. Nel caso di modalità a distanza, sarà utilizzata la piattaforma Teams.
L’esame di profitto prevede:
presentazione di un elaborato in power point su un argomento inerente al corso condiviso precedentemente con il docente. Il linguaggio utilizzato deve essere quello di una comunicazione scientifica rivolta anche ad interlocutori non specialisti.
