Cristallizzazione frazionata
# Cristallizzazione frazionata

In chimica e ingegneria chimica, la cristallizzazione frazionata è un tipo di cristallizzazione che avviene, come operazione unitaria, per la precipitazione controllata di un composto (soluto) in soluzione in un solvente mediante la variazione di un parametro fisico (pressione, temperatura, concentrazione).

Nel caso specifico, si intende con il termine "cristallizzazione frazionata" un processo in cui una massa solida contenente composti diversi viene portata oltre il punto di fusione e, mediante raffreddamento (solitamente lento) fino ad una precisa temperatura, si ottiene la precipitazione del soluto; la torbida viene quindi inviata alla separazione. Spesso questa separazione è seguita da un ulteriore raffreddamento, con separazione ulteriore dello stesso composto, o di un altro, con valori di solubilità più bassi - da qui il nome di cristallizzazione frazionata. I cristallizzatori sono gli apparecchi utilizzati per effettuare una cristallizzazione industriale.

Un processo naturale che avviene nella litosfera è la cristallizzazione frazionata dei liquidi vulcanici. Il magma femico (primario) infatti, risalendo verso la superficie terrestre, perde alcune sostanze che si solidificano (potendo solidificarsi a temperatura più alta in confronto a sostanze acide), diventano più pesanti e quindi si depositano sul fondo. In conseguenza di tale processo, il magma femico può trasformarsi (perdendo sostanze basiche) in magma sialico ovvero secondario, e il processo inverso non può avvenire.

## Descrizione del processo

Il processo di cristallizzazione frazionata è quasi sempre un'operazione discontinua, fatta per lotti. Si riconoscono quindi in essa delle fasi precise :

* Cristallizzazione del soluto, a volte detta cristallizzazione di equilibrio
* Decantazione dei cristalli dal solvente, a volte detto frazionamento di Rayleigh
* Separazione dei cristalli, a volte impropriamente detta cristallizzazione in sito

## Frazionamento in petrologia

In petrologia la cristallizzazione frazionata è uno dei principali processi geochimici e fisici che governano la formazione dei magmi all'interno della crosta terrestre e del mantello. Si parla di cristallizzazione frazionata quando in un fuso silicatico i cristalli che si segregano vengono separati dal liquido, che quindi cambia di composizione. La cristallizzazione frazionata è il più potente meccanismo di differenziazione magmatica.

La cristallizzazione frazionata si realizza generalmente secondo tre modalità, che riflettono le condizioni geologiche del sistema in cui il processo ha luogo: differenziazione gravitativa, differenziazione per flusso o filtro-pressa.

La differenziazione gravitativa si realizza per contrasto di densità tra la fase liquida e il solido (fase minerale) che da esso si segrega. Se il contrasto di densità è abbastanza elevato, i cristalli di minerali segregati possono concentrarsi nella parte bassa della camera magmatica o nella parte alta, a seconda che la densità del solido sia rispettivamente maggiore o minore della densità del liquido. In risposta a questo meccanismo di differenziazione del liquido residuale, si verifica una zonatura composizionale all'interno di una camera magmatica, con i termini ricchi in minerali stabili a più alte temperature situati generalmente nella parte bassa e i liquidi più evoluti nella parte alta. In realtà tale situazione risponde a condizioni ideali del sistema, che in natura raramente si verificano. Di solito all'interno della camera magmatica si generano movimenti convettivi che si combinano con la differenziazione gravitativa e possono dare un'interpretazione di certe evidenze petrografiche non rispondenti al modello ideale sopra descritto. Un altro elemento di cui tenere conto nel processo di differenziazione magmatica è che spesso la distanza che separa la zona di formazione dei magmi da quella di messa in posto è molto grande e solitamente viene percorsa attraverso fratture, almeno nella litosfera.

La differenziazione per flusso si verifica in sistemi eterogenei, solido-liquido, in cui il magma fluisce laminarmente, ad esempio all'interno di filoni. In questo caso i solidi tendono a concentrarsi nella parte centrale del flusso, formando delle zone cumulitiche, che presentano variazioni sia tessiturali che composizionali dei minerali.

Il meccanismo di differenziazione per filtro-pressa si verifica in condizioni di avanzata cristallizzazione del magma, è quindi caratterizzato da un rapporto minerali segregati/liquido elevato. Il filtro-pressa si verifica quando il magma fluisce in fratture e pori con dimensione media inferiore alla dimensione media dei minerali cristallizzati, oppure in seguito ad un accumulo di solidi in prossimità di asperità dei condotti.

## Frazionamento nell'industria olearia

Il processo di frazionamento è utilizzato nell'industria olearia per separare trigliceridi con una diversa distribuzione di acidi grassi e diverso punto di fusione. Viene anche chiamato demargarinazione, invernizzazione o con un anglicismo winterizzazione in quanto in origine comportava portare l'olio di cotone a temperature invernali. La applicazione principale si ha nel separare oli solidi a temperatura ambiente, detti stearine o burri, da oli fluidi, detti anche oleine. Si possono anche separare cere, alcoli grassi a lunga catena, per chiarificare gli oli contenenti tracce di componenti di offuscamento.

Il processo permette di separare oleina e stearina della palma o del palmisto, burro e olio di mango, burro e olio di karité ecc. e di rimuovere cere provenienti dai residui del guscio dei semi in oli come quello di mais o girasole.

La separazione termomeccanica può avvenire con frazionamento a secco o, quando la resa è insufficiente, con solvente o tensioattivi. Raffreddando lentamente l'olio si forma una pasta composta da cristalli di trigliceridi ad alto punto di fusione immersi nel liquido formato da trigliceridi a basso punto di fusione. Negli oli a cristallizzazione polimorfa, più è lento il raffreddamento più si può controllare il tipo di cristallizzazione che si forma. La fase liquida viene separata comprimendo la pasta. La separazione e cristallizzazione di una fase solida nelle bottiglie di olio esposte al freddo è un chiaro esempio di frazionamento. Il frazionamento con tensioattivo comporta l'utilizzo di un mezzo acquoso con un agente bagnante, un tensioattivo. La separazione tra la fase solida e quella liquida avviene poi in centrifuga. Il frazionamento con solvente comporta l'utilizzo di solventi organici: esano, acetone, metanolo ecc., e la separazione della fase liquida da quella solida con semplice lavaggio a bassa temperatura.

