Società Ceramica Italiana

RICICLO DI SCARTI NELLA PRODUZIONE CERAMICA

Il riciclo degli scarti nelle materie prime per impasti ceramici.

L’esperienza del Gruppo Minerali Maffei e le nuove prospettive

applicative.

Stefano Di Primio, Guido Fazzini

Gruppo Minerali Maffei

convegno

Sassuolo, 29 Novembre 2011

Le materie prime seconde

sono costituite da scarti di lavorazione delle materie prime oppure da materiali derivati dal recupero e dal riciclaggio dei rifiuti.

Materiale post-consumermateriale di scarto generato da famiglie o da spazi commerciali, industriali e istituzionali nel loro ruolo di utilizzatori finali del prodotto che non può più essere utilizzato per il proprio scopo. Sono inclusi i rifiuti da costruzione e demolizione.

In pratica: “prodotti scartati dopo utilizzo da parte del

consumatore”

Materiale pre-consumermateriale distolto dai flussi dei rifiuti durante il processo produttivo. E’ escluso il riutilizzo di materiali derivanti dalla rilavorazione, rigranulazione oppure da scarti generati in un processo produttivo e riutilizzati all’interno dello stesso.

In pratica: “prodotti scartati durante i processi produttivi”

VMFVetro CRTMINERALI INDUSTRIALI

VBVetro boricoMINERALI INDUSTRIALI

Savel CVetro sodico calcicoMINERALI INDUSTRIALI

POST CONSUMER

V-F60PFELDSPATI SODICO POTASSICO

CALCICIMINERALI INDUSTRIALI (Verbania)

F60-40

D50/8

F60/04

F60P1

F60P

SNG

SF

FELDSPATI POTASSICO SODICIMINERALI INDUSTRIALI (Verbania)

KBS

Flos 9

Flos 8

SABBIE FELDSPATICHEMINERALI INDUSTRIALI (Florinas)

RF60/40VFELDSPATI POTASSICIMINERALI INDUSTRIALI (Boca)

ST-FA

ST-FFA

ST-R25

ST-AP

ST-I

FELDSPATI SODICO POTASSICIMINERALI INDUSTRIALI

FLT-PMAFFEI SARDA SILICATI (Orani)

WHC

K21

ARGILLEMAFFEI SARDA SILICATI (Florinas)

Nome CommercialeTipologiaSocietà (Unità Produttiva)

PRE CONSUMER

0,504,503,200,200,800,060,6011,0079,10D50/8

0,305,003,000,010,500,010,0511,4079,50F60/04

1,304,603,300,601,600,020,1512,7075,60F60P1

0,304,703,400,101,100,020,1513,0077,10F60P

1,405,003,000,701,600,906,5017,0063,80SNG

1,004,503,500,301,400,252,5014,5071,90SF

6,003,300,400,501,000,352,3019,5066,60KBS

1,005,200,200,200,900,040,187,0085,20Flos 9

0,604,000,200,020,600,010,055,0089,40Flos 8

1,205,902,000,200,900,070,7012,3076,60RF60/40

V

2,154,232,770,811,710,181,8411,7574,47ST-FA

1,203,553,540,732,760,100,897,5079,61ST-FFA

0,783,943,790,623,120,050,376,2880,94ST-R25

0,914,353,300,732,950,120,348,1679,04ST-AP

0,452,984,280,693,690,030,154,1283,48ST-I

6,500,603,105,703,100,501,7019,8059,00FLT-P

5,903,800,500,501,250,100,8020,3066,80WHC

6,004,000,200,251,200,080,6020,5067,00K21

P.F.(1100°C)

K2ONa2OMgOCaOTiO2Fe2O3Al2O3SiO2

analisi chimica

0,404,005,200,402,700,020,1911,1075,90V-F60P

0,304,703,400,101,200,020,4013,3076,50F60-40

P.F. (1100°C)K2ONa2OMgOCaOTiO2Fe2O3Al2O3SiO2

analisi chimica, segue da tabella precedente

--9,005,502,00VMF

9,900,402,00--VB

-----Savel C

B2O3ZnOBaOSrOPbO

-6,507,700,501,400,300,072,5064,20VMF

-1,187,000,101,400,040,045,2272,10VB

--12,202,009,700,070,352,4072,00Savel C

P.F. (1100°C)K2ONa2OMgOCaOTiO2Fe2O3Al2O3SiO2

POST CONSUMER

analisi chimica

0 – 0,3224272Flos 8

0 - 81154143RF60/40V

0 – 4171621838ST-FA

0 – 427718444ST-FFA

0 – 83319145ST-R25

0 – 62724842ST-AP

0 – 0,303516148ST-I

0 – 0,15163043911FLT-P

0 - 0,15410231218330WHC

0 - 0,1543921234K21

Φ, mmAltroDolomiteSmectiteCaoliniteIlliteFeldspato

potassico

Feldspato

sodicoQuarzo

PRE CONSUMER

analisi mineralogica

<75 µ/0-200µ/0-8mm

AmorfoVMF

<75 µ/0-

200µ/0-8mmAmorfoVB

≤100µAmorfoSavel C

POST CONSUMER

0 – 1,2521232729V-F60P

0 - 11293436F60-40

0 – 12302840F60/04

0 – 1,2512293335F60P1

0 – 1,251293436F60P

0 – 1,520273320SNG

0 – 0,210273429SF

0 – 0,163817336KBS

0 – 0,42331262Flos 9

Φ, mmAltroDolomiteSmectiteCaoliniteIlliteFeldspato

potassico

Feldspato

sodico

Qua

rzo

analisi mineralogica, segue da tabella precedente

Esempio di modifica di un impasto da gres porcellanato smaltato per il riconoscimento dei crediti LEED MR 4.1 e MR 4.2 relativi al tenore di materiale riciclato

20,0Sabbia feldspatica

nazionale

40,0Feldspato sodico

importazione

15,0Argilla tipo “II”

25,0Argilla tipo “I”

Materie Prime, %Impasto Riferimento

esempio di utilizzo ai fini del riconoscimento dei crediti LEED MR 4.1 e MR 4.2

Credito MR 4.1: ½ [pre-comsumer] + [post-consumer] = 10%

Credito MR 4.2: ½ [pre-comsumer] + [post-consumer] = 20%

In questo caso:

½ [materiale riciclato pre-consumer] = 0 %

+ [materiale riciclato post-consumer] = 0 %

TOTALE = 0 %, MR 4.1 = 0 e MR 4.2 = 0

esempio di utilizzo ai fini del riconoscimento dei crediti LEED MR 4.1 e MR 4.2

20,96,814,1TOTALE

MATERIALE RICICLATO

-5,010Sabbia feldspatica

FLOS 8

--10Sabbia feldspatica

nazionale

6,86,620Feldspato ST-I

--20Feldspato sodico

importazione

-2,55Argilla FLT-P

--10Argilla tipo “II”

--25Argilla tipo “I”

Post–Consumer,

%

½ Pre-Consumer,

%

Materie

Prime e Seconde, %

Impasto MR 4.1 e

MR 4.2

½ [materiale riciclato pre-consumer] = 14,1 %

+ [materiale riciclato post-consumer] = 6,8 %

TOTALE = 20,9 %

−> MR 4.1 = 1

−> MR 4.2 = 1

Il fondente ST-I e i suoi principali derivati

L’effetto tenacizzante del vetro GMM

In questa sede ci concentreremo su due argomenti in grado di illustrare le potenzialità delle materie prime seconde del Gruppo Minerali Maffei:

Caratteristiche del fondente ST-I

Granulometria “fine”.

Il prodotto è tutto “passante” a 300 micron: il suo impiego tenderà a ridurre il tempo di macinazione dell’impasto o, quanto meno, a non peggiorarlo in alcun modo.

Elevata fusibilità.

Il vetro sodico calcico GMM già a 900°C – 950°C presenta una viscosità sufficiente ad innescare la sinterizzazione di un impasto ceramico accelerando tutte le trasformazioni chimiche ad essa associate fra le quali la dissoluzione del quarzo libero.

Contribuisce al riconoscimento dei crediti LEED MR 4.1 e MR 4.2.

In quanto costituito per il 34% da vetro, materiale post consumer e il rimanente da materiale pre consumer.

Contributo CO.RE.VE.

Devoluto all’Azienda che riutilizza vetro nei propri prodotti, rappresenta un importante strumento per la riduzione del costo dell’impasto.

Caratteristiche del fondente ST-I

20,0Sabbia feldspatica

nazionale

40,0Feldspato sodico

importazione

15,0Argilla tipo “II”

25,0Argilla tipo “I”

%Impasto Riferimento

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O P.F. C S

Minimo 68,90 15,51 0,44 0,41 0,61 0,19 1,54 2,40 2,18 0,08 0,01

Massimo 73,54 18,67 1,11 0,72 1,85 1,08 3,63 5,18 3,64 0,27 0,04

Media

Produttori71,22 17,28 0,77 0,60 0,93 0,51 2,42 3,49 3,06 0,18 0,02

Impasto Rif. 71,56 17,61 0,41 0,67 0,55 0,28 1,65 4,16 3,12 0,14 0,01

Analisi chimica minima, massima e media degli impasti da gres porcellanato smaltato del Comprensorio di Sassuolo nell’anno 2010 confrontate con quella dell’impasto di riferimento.

Impasto da gres porcellanato smaltato di riferimento:

Caratteristiche del fondente ST-I

Analisi chimiche dell’impasto da gres porcellanato smaltato di riferimento e con fondente ST-I

3,552,622,930,680,400,660,6717,571,0Con sodico

importazione

3,613,221,621,410,510,590,6414,274,2Con ST-I

P.F.K2ONa

2OCaOMgOTiO

2Fe

2O

3Al

2O

3SiO

2IMPASTO

Caratteristiche del fondente ST-I

14,1313,84b*

1,411,40a*

69,9871,52L*

0,080,32Assorbimento d’acqua, %

6,856,64Ritiro in cottura, %

38,230,9MOR secco, Kg/cm2

0,760,97Residuo 63µ, %

Risultati (P=400Kg/cm2; T:1210°Cx43’; TB[R27]:1110°C)

40,0-Feldspato ST-I

20,020,0Sabbia feldspatica

nazionale

-40,0Feldspato sodico

importazione

15,015,0Argilla tipo “II”

25,025,0Argilla tipo “I”

Impasto ST-IImpasto Riferimento

Confronto delle caratteristiche dei due impasti di Riferimento e con ST-I

Come si vede, nell’impasto che impiega il fondente ST-I, disponiamo di un “vantaggio” energetico che può essere speso a seconda delle necessità del Produttore:

Miglioramento delle caratteristiche tecniche

a temperatura e tempo di cottura costanti si ottiene un incremento del grado di sinterizzazione;

Risparmio energetico

a parità di grado di sinterizzazione è necessaria una minore quantità di energia termica o di grado di finezza delle materie prime;

Impasti più economici

a parità di altre variabili, si può utilizzare un inferiore quantitativo di prodotti fondenti a fronte di uno maggiore di prodotti con più quarzo, generalmente più economici.

Caratteristiche del fondente ST-I

Pro

dott

o

SiO

2

Al2

O3

Fe2O

3

TiO

2

CaO

MgO

Na2O

K2O

PF

Um

ed

Res.

63µ,

%

Rit

, %

Ass,

%

L*

a*

b*

ST-I 83,48 4,12 0,15 0,03 3,69 0,69 4,28 2,98 0,45 10,28 -0,21 0,21 -0,24 -1,54 0,01 2,29

Caratteristiche

Differenze (Prodotti - Riferimento TST)

Analisi Chimica

ST-AP 79,04 8,16 0,34 0,12 2,95 0,73 3,30 4,35 0,91 7,80 0,13 -0,08 0,11 -1,72 0,14 1,04

ST-R25 80,94 6,28 0,37 0,05 3,12 0,62 3,79 3,94 0,78 8,76 0,15 0,33 0,00 -4,70 0,47 0,56

ST-FA 74,47 11,75 1,84 0,18 1,71 0,81 2,77 4,23 2,15 6,70 -0,09 -0,08 0,12 -11,00 2,23 1,51

ST-FFA 79,61 7,50 0,89 0,10 2,76 0,73 3,54 3,55 1,20 8,75 -0,09 -0,26 0,15 -7,30 1,29 0,73

Elenco prodotti della serie ST-x in ordine di tenore di cromofori (Fe2O3 e TiO2) con le relative principali caratteristiche tecniche riferite all’impasto di Riferimento.

la serie ST-x: ST-I e i suoi derivati

l’effetto tenacizzante

Il vetro di Gruppo Minerali Maffei: Savel C

è un comune vetro sodico calcico di scarto ottenuto da RSU che dopo opportune lavorazioni è idoneo all’impiego nell’industria ceramica

Il Savel C in acqua dà immediatamente reazione fortemente alcalina: pH ≈ 12.

Quando ad una soluzione di sodio silicato si toglie l’acqua,

la frazione soluta cristallizza molto finemente e tende a formare una micro struttura continua e compatta intimamente miscelata con le“particelle” delle altre materie prime costituenti l’impasto (azione

filmogena)

Nel caso precedentemente documentato, il 40% di ST-I introduce il 13,6 % di vetro e provoca un incremento di più del 20% nel modulo di rottura.

38,230,9M.O.R. secco,

Kg/cm2

Impasto ST-IImpasto Riferimento

38,236,134,833,030,9M.O.R. secco, Kg/cm2

13,610,26,83,4-[Savel C], %

2020202020Sabbia feldspatica

nazionale

40302010-ST-I

-10203040Feldspato sodico

importazione

1515151515Argilla tipo “II”

2525252525Argilla tipo “I”

54321Formula

Prove di introduzione di quantità crescenti di ST-I

l’effetto tenacizzante

Prove di introduzione di quantità crescenti di ST-I

l’effetto tenacizzante

M.O.R. = f([Savel C])

R2 = 0,9946

30

32

34

36

38

40

0 5 10 15

[Savel C]

M.O

.R.,

Kg/c

m2

[Savel C]

Lineare ([Savel C])

Le caratteristiche chimiche e fisiche di Savel C in miscela con altre materie prime o seconde consentono di disporre di efficaci fondenti e, cosa meno nota, di ottimi ausili alla tenacità in essiccato.

conclusioni

CONCLUSIONILe materie prime seconde, come conferma questo breve flash non esaustivo sull’esperienza di Gruppo Minerali Maffei, sono in senso tecnologico tutt’altro che “scarti” e anzi dimostrano di essere un interessante complemento al catalogo di prodotti di normale interesse ceramico.

A causa della loro natura e dei processi che hanno subito, dispongono di composizioni chimiche e mineralogiche spesso inusuali presentando di conseguenza comportamenti ceramici altrimenti difficilmente riscontrabili.

La più che decennale esperienza di GMM nella valorizzazione delle materie prime seconde rappresenta oggi per i produttori di piastrelle in ceramica una rilevante opportunità di differenziazione dagli altri produttori restituendo alla progettazione impasti un po’ della flessibilità che occorre quando è necessario adattarli a mutate condizioni impiantistiche o di processo.

Sempre più attuali per il benefico effetto sulla salvaguardia dell’ambiente e delle risorse naturali, contribuiscono a rendere le piastrelle conformi ai criteri di preferenza dell’ingegneria “green”, scelta in misura sempre crescente dai professionisti del settore.

Fra tutte le materie prime seconde di GMM comprendenti sabbie, feldspati e argille abbiamo qui posto l’accento sul Savel C, vetro sodico calcico ottenuto dalla lavorazione del vetro proveniente da RSU.

Società Ceramica Italiana

RICICLO DI SCARTI NELLA PRODUZIONE CERAMICA

GRAZIE PER

L’ATTENZIONE

Gruppo Minerali Maffei

convegno

Sassuolo, 29 Novembre 2011