Produzione ceramica sostenibile: limitazioni e miglioramenti a partire dalla macinazione a secco e influenza delle materie prime utilizzate.

Responsabili di progetto

Michele Dondi, Eduardo Dominguez

Accordo

ARGENTINA - CONICET - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas

Bando

CNR/CONICET 2013-2014

Dipartimento

Sistemi di Produzione

Area tematica

Ingegneria, ICT e tecnologie per l'energia e i trasporti

Stato del progetto

Nuovo

Proposta di ricerca

La formulazione degli impasti ceramici sta cambiando nel mondo, coinvolgendo in particolare l’Italia, in quanto maggior fornitore mondiale di tecnologie per piastrelle ceramiche, e l’Argentina, dove l’industria ceramica sta passando a tecnologie di macinazione a secco con abbandono della tradizionale macinazione ad umido. Le cause di tale passaggio si devono ai minori costi che includono inoltre un miglioramento della sostenibilità ambientale. La macinazione a secco richiede: un minor consumo energetico, poiché l’impasto non deve essere essiccato con atomizzatori; un minor consumo ed eventuale inquinamento di acqua; la possibilità di ridurre tempi e costi per arrivare al prodotto finale. Per quanto sia un’innovazione attraente, ha limiti non ancora complementamente compresi, poiché si lavora con granulometrie meno fini, che implicano minore plasticità, minore resistenza meccanica in crudo e una reattività inferiore durante la cottura. Vari impianti di produzione ceramica in Argentina sono passati alla macinazione a secco o stanno tentando di aprire nuove linee con tecnologia italiana. Ancora si tratta di piastrelle in pasta rossa, sebbene la tendenza sia quella di arrivare a produrre impasti bianchi tipo gres porcellanato con questa tecnologia. Al momento attuale, c’è soltanto un impianto in Argentina che riesce a produrre gres porcellanato per via secca, seppur usando l’estrusione, anziché la pressatura (nessun impianto in Italia). Per poter produrre gres porcellanato, mancano tuttora le conoscenze scientifiche e tecnologiche per raggiungere il livello tecnico ed estetico che si consegue con la produzione per via umida.
Per utilizzare in modo efficiente la tecnologia a secco è imprescindibile disporre di argille di alta plasticità e proprietà intrinseche che assicurino prodotti di alta qualità e colore adatti a soddisfare il mercato. I miglioramenti tecnologici che si possono sviluppare dipendono dalla combinazione di materie prime che apportino specifiche proprietà (in primo luogo argille, ma è necessario cercare di migliorare anche i fondenti). Assieme a feldspati di qualità, è interessante sperimentare nuovi additivi come piroclastiti, zeoliti e scarti minerari dell’estrazione di boro e litio che migliorerebbero la sinterizzabilità degli impasti.
L’obiettivo della ricerca è promuovere la sostenibiltà ambientale dell’industria ceramica, cercando di stabilire quali materie prime sono idonee al ciclo di produzione a secco e comprendere le ragioni di questo successo: quali fattori governano la prestazione tecnologica di argille, fondenti e additivi nella macinazione, granulazione e pressatura di piastrelle ceramiche. Gli effetti di queste materie prime sui prodotti ottenuti devono essere studiati, articolando la ricerca in questo modo:
1) Analisi delle argille plastiche utilizzate attualmente per produrre per via secca (es. Roja de Cruz del Eje, Verde de Barker, bentoniti bianche di Rio Negro e San Juan, argille Puma e FPS di Santa Cruz; argille con piccole contaminazioni di Chubut, settore Los Pajaritos). Si compareranno con le argille usate nel maggior distretto ceramico mondiale che produce con via secca (Santa Gertrudes, São Paulo, Brasile) e si studierà la risposta di questi materiali durante la macinazione e l’aggiunta a impasti differenti.
2) Confronto via secca-via umida: si studieranno la granulometria naturale (per argille sedimentarie senza processi diagenetici) e le modificazioni nella distribuzione granulometrica e nella forma delle particelle che si hanno durante la macinazione (comparando macinazione a secco e a umido). Particolare attenzione sarà dedicata alle relazioni fra plasticità/compattazione e macinazione (dimensione dei grani, forma delle particelle, modalità di frantumazione in mulini a martelli o a coni) tenendo conto del diverso comportamento dei minerali argillosi durante il processo a umido, cioè a contatto con l’acqua.
3) Si valuteranno gli effetti di fondenti (rocce feldspatiche, piroclastiti, zeoliti e scarti minerari a boro e litio) e di additivi inorganici o ibridi (organico-inorganico) sul comportamento dell’impasto durante la compattazione e la sinterizzazione. Gli additivi da studiare saranno materiali naturali (come bentoniti o altre argille di alta attività) o artificiali (carbonati, fosfati, silicati alcalini).
4) Si indagherà il grado di omogeneizzazione di materie prime plastiche e non plastiche che può rappresentare un problema nel caso della macinazione a secco. Si valuterà la possibilità di adottare i sistemi usati attualmente in miniere importanti (Cerro Vanguardia, Loma Negra). Si prevede di usare una tecnologia di punta con metodi e materiali esistenti in Argentina.
Risultati previsti sono la comprensione 1) dei fattori che determinano l’idoneità di una materia prima (argilla, fondente o additivo) per la tecnologia a secco per la produzione di piastrelle ceramiche e 2) delle cause di differenze di comportamento tecnologico nella macinazione a secco e ad umido (in relazione a composizione, granulometria, etc). Questi dati sono essenziali per favorire l’uso di materie prime locali e dare un impulso alla diffusione della tecnologia di produzione a secco, con vantaggi di sostenibilità ambientale ed economica della produzione ceramica.
 
Riferimenti bibliografici
Domínguez E; Iglesias C; Dondi M (2008) The geology and mineralogy of a range of kaolins from the Santa Cruz and Chubut Provinces, Patagonia. Applied Clay Science 40, 124 -142.
Dondi M; Iglesias C; Dominguez E; Guarini G; Raimondo MR (2008) The effect of kaolin properties in ceramic proccesing as ilustrated by a range of kaolins from the Santa Cruz and Chubut Provinces (Argentina). Applied Clay Science 40, 143-158.
Iglesias C; Domínguez E; Dondi M (2009) La Relación entre la Geología y las propiedades cerámicas del caolín de “La Espingarda”, Chubut. Trabajos del IX Congreso Argentino de Geología Económica, Catamarca, 124-142.
Domínguez E; Iglesias C; Dondi M; Murray HH (2010) Genesis of La Espingarda kaolin deposit in Patagonia. Applied Clay Science 47, 290–302.
Zanelli C; Iglesias C; Dominguez E; Raimondo MR; Guarini G; Ullmann R; Dondi M (2011) Improving technological performances of ball clays: a case-study from Patagonia (Argentina). Ceramic Forum International 88, 8-9, E1-E4.
Dominguez E; Iglesias C; Dondi M (2012) Environmental suitability of ceramic raw   materials: a geochemical approach to volatile emissions and leaching potentials. Environmetal Earth Sciences 65, 517-523.

Obiettivi della ricerca

Un primo obiettivo del progetto è promuovere la sostenibiltà ambientale dell’industria ceramica, cercando di stabilire quali materie prime sono idonee al ciclo di produzione a secco e comprendere le ragioni di questo successo: quali fattori governano la prestazione tecnologica di argille, fondenti e additivi nella macinazione, granulazione e pressatura di piastrelle ceramiche.
Altri ritorni della collaborazione italo-argentina sono, da un lato, il rafforzamento del ruolo di guida tecnologica che l’Italia ha nel campo delle piastrelle ceramiche e, dall’altro, lo sviluppo di competenze e di una originale “via secca” per l’Argentina, che rappresenta uno stimolo importante alla crescita dell’industria locale.

Ultimo aggiornamento: 30/04/2024