Il riciclo del vetro - reolab.unimo.it riciclo del vetro.pdf · Ossidi formatori di reticolo SiO 2, B 2O3, P 2O5, GeO 2 Ossidi modificatori di reticolo (Es. Na, K, Li...) Ossidi intermedi

Il riciclo del vetro

Definizione

Il vetro non è una sostanza definibile da particolari proprietà chimiche o fisiche, in effetti si può parlare di un vero e proprio stato di aggregazionedella materia

In senso chimico-fisico un vetro è un liquido sottoraffredato che ha subito un processo di congelamento strutturale

Giovanni Baldi “Corso di Scienza e Tecnologia dei Vetri”,

http://members.xoom.virgilio.it/_XOOM/baldig/Capitolo%201/Capitolo%201.htm

DefinizioneCaratteristiche

• Bassi valori di elasticità con conseguente notevole fragilità.

• Elevata trasparenza (la trasmissione della luce dipendente in modo sensibile dalla lunghezza dell'onda incidente) e durezza (5-7 nella scala di Mohs). di Mohs).

• Resistenza agli agenti chimici con l'esclusione dell'acido fluoridrico che aggredisce la silice (la corrosione in presenza di acidi è di 0,05 mm/anno e di 0,3 mm/anno in presenza di basi).

• Indice di rifrazione 1,5-1,8 con specifici valori per ogni tipo di vetro.

• Sopporta riscaldamenti uniformi e graduali (coefficiente di dilatazionetermica compreso tra 5-100 x 10- 7 e resistenza agli sbalzi termici inversamente proporzionale al coefficiente di dilatazione).

http://www.vitrum.it/vetroecaratteristiche.htm

DefinizioneCaratteristiche

• Presenta caratteristiche di bassa conducibilità elettrica (alta resistività elettrica superficiale, fino a 10 alla 17 ohm/cm2 che ne fa un prodotto isolante)

• E' un buon isolante e, nel vetro in silice, la conducibilità termica è di 1,3 • E' un buon isolante e, nel vetro in silice, la conducibilità termica è di 1,3 W/m°C.

• Nei vetri normali non avviene alcuna deformazione prima della frattura

• La densità è in funzione della composizione: da 2,2 g/cm3 per i vetri al silice a 4,8 per quelli al piombo.

• La costante dielettrica relativa è di 8 nei vetri comuni ed è inversamente proporzionale alla temperatura.

http://www.vitrum.it/vetroecaratteristiche.htm

DefinizioneIn generale un liquido tende a solidificare in un vetro quando la mobilità degli elementi che lo costituiscono ( atomi o molecole) è tanto ostacolata da impedire un loro ordinato arrangiamento in una struttura cristallina durante il processo di raffreddamento.

Nei vetri silicatici l’ostacolo principale all’ordinamento degli atomi in una struttura cristallina è dato dal rapidissimo aumento della viscositàdurante il processo di raffreddamento. In effetti una caratteristica delle sostanze che formano vetri è quella di formare una fase liquida di alta viscosità in prossimità del punto di fusione ( SiO2 = 107 Poise, H2O = 10-2

Poise).

La ragione del fenomeno, come vedremo in seguito, è dovuta alla tendenza dei gruppi silicatici a formare reticoli tridimensionali.



Definizione

Nella formazione di un vetro il tempo gioca un ruolo determinante in questo caso diventa critico il rapporto tra velocità di cristallizzazione della fase solida e velocità di raffreddamento

Si sono ottenuti vetri anche da elementi non vetro-formatori come i vetri metallici per i quali si raggiungono gradienti di raffreddamento dell’ordine di 10 6 K/secondo , in questo caso la velocità di raffreddamento è così elevata da impedire la nucleazione e la crescita dei cristalli.



Definizione

Il vetro ha un punto di fusione non definito , se sottoposto ad una forza tangenziale esso si comporta in maniera elastica come nei solidi cristallini (fibre di vetro), se sottoposto per lunghi periodi a stress tende invece a fluire come un liquido (le sezioni delle vecchie finestre presentano uno fluire come un liquido (le sezioni delle vecchie finestre presentano uno ispessimento alla base), in definitiva nello stato vetroso si combinano la rigidità a breve termine tipica dello stato cristallino con una debole fluidità a lungo periodo tipica dello stato liquido

Le proprietà dello stato vetroso sono isotrope.



Definizione

Il



Definizione

Dipendenza del valore di Tg dalla velocità di raffreddamentoraffreddamento

il liquido sovraraffreddato si trova in una condizione di equilibrio metastabile



Definizione

Alla base della struttura dei vetricomunemente usati troviamo il tetraedro troviamo il tetraedro [SiO4]



Definizione

I tetraedri possono unirsiattraverso gli spigoli per dare spigoli per dare origine a silicati complessi attraverso un processo di "polimerizzazione"



Definizione

Studi di X-Ray scattering a bassi angoli (SAXS) e di diffrazione elettronica mostrano che il vetro possiede un ordine a medio-breve raggio

Spettro di diffrazione X di un vetro



http://www.enco-journal.com/journal/ej17/vetro.html

Spettro di diffrazione X di un vetro

avente composizione PbO-SiO2

Spettro di diffrazione X di una polvere cristallina

avente composizione PbO-SiO2

DefinizioneOssidi formatori di reticoloSiO2, B2O3, P2O5, GeO2

Ossidi modificatori di reticolo(Es. Na, K, Li...)

Ossidi intermedi o stabilizzatori(es. Ca2+, Mg2+, Ba2+, Al2O3)

non possono formare un vetro da soli ma hanno la capacità di stabilizzare la struttura vetrosa agendo ora da formatori di reticolo (n°coordinazione 4) ora da modificatori (n°coordinazione 6,8)




Definizione

Introducendo in un ideale vetro di silice una certa percentuale di ossidi (nel caso specifico ossidi di



caso specifico ossidi di metalli alcalini ed alcalino-terrosi tipo Na+ K+ Ca++

Ba++) si determina una rottura dei legami -Si-O-Si-presenti nel network

I cationi si vanno a collocare nelle cavità originatesi.

Definizione

La viscosità di un vetro è un parametro industriale molto importante perché ne determina la lavorabilità



determina la lavorabilità

Dipende sia dalla composizione …

Definizione…e dalla temperatura

La viscosità è un processo cinetico di attivazione e quindi la sua dipendenza dalla temperatura può essere descritta dalla relazione di Boltzmann:



relazione di Boltzmann:

Eη è l’energia di attivazione dello scorrimento viscoso ed R è la costante dei gas. Questa relazione rappresenta solo una approssimazione del reale comportamento di un fluido viscoso

Definizione



Composizione

Sabbia silicea

AffinantiAffinanti

Opacizzanti

Coloranti

Composizione

Sabbia silicea

Nei vetri per l'ottica è di elevata purezza (99,7% e con tenori di ferro inferiori Nei vetri per l'ottica è di elevata purezza (99,7% e con tenori di ferro inferiori all'1%), nei vetri comuni e colorati i valori si attestano al 95%.

Affinanti

Opacizzanti

Coloranti

http://www.vitrum.it/analisimiscela.htm

Composizione

Sabbia silicea

AffinantiAffinanti

Composti che, una volta raggiunta la temperatura di fusione, sviluppano gas in forte quantità vaporizzando (es: As2O3) o decomponendosi in elementi gassosi (es: nitrati di Na, K) che agevolano l'eliminazione dei difetti

Opacizzanti

Coloranti


Composizione

Sabbia silicea

AffinantiAffinanti

Opacizzanti

Sono formati da fosfati o fluoruri di Na o Ca, o da talco o da ossido di stagno o da solfuri di Cd che persistono nella massa vetrosa sotto forma cristallina diminuendone la trasparenza a causa del diverso indice di rifrazione delle sostanze opacizzanti cristallizzate (vetro opaline).

Coloranti


Composizione

Sabbia silicea

AffinantiAffinanti

Opacizzanti

Coloranti

FeO verde-azzurra Fe2O3 verde bottiglia

Cu2O rosso CuO blu-verde

Cr2O3 verde-giallo CoO blu scuro

AuCl3 rosso rubino


Composizione

Prima della fusione, alla miscela complessiva, i cui componenti, che devono avere una granulometria fine compresa tra 0,1 e 0,6 mm, vengono ridotti in pezzatura di 0,2-0,5mm, sono aggiunti rottami di vetrovengono ridotti in pezzatura di 0,2-0,5mm, sono aggiunti rottami di vetronella misura del 25-40% per facilitare la fusione stessa, per ragioni economiche e per un perfetto riciclaggio.

Percentuali componenti:

sabbia quarzifera 60%

carbonato di Na (Na2CO3) 18%

Dolomite [CaMg(CO3)2] 17%

Calce 4%

Solfato 1%


Tipologie

I tipi di vetro sono molto numerosi e si presentano suddivisi secondo classificazioni sistematiche , riferite al processo di fabbricazione o alla composizione.

Altri tipi di classificazioni fanno riferimento all'aspetto, alle proprietà caratteristiche o alla destinazione d'uso.

http://www.vitrum.it/classcomposizione.htm

caratteristiche o alla destinazione d'uso.

• Classificazione secondo la composizione

• Classificazione secondo i metodi di produzione

• Tipi di vetri

(vedi http://www.vitrum.it/tipivetri.htm)

TipologieSecondo la composizione

• Vetro al piombo • Vetri di borosilicati

• Vetri di quarzo • Vetri di silice

• Vetri non silicei • Vetro sodico calcico

• Lastre commerciali


• Lastre commerciali

• Vetrate per l'edilizia

- Vetro float - Cristalli atermici

- Cristalli riflettenti - Cristalli basso-emissivi

- Cristalli uniti al perimetro (vetri isolanti o pannelli vetrocamera)


Vetro al piombo

Brillante , elevato indice di rifrazione

Bassa temperatura di rammollimento

A questa classe appartengono i cristalli , la cui suddivisione è stata


A questa classe appartengono i cristalli , la cui suddivisione è stata modificata dalle direttive CEE del 1973.

Prima di tale data, la classificazione dei vetri al piombo si articolava come segue:

Cristalli pesanti : con più di 30% di ossido di piombo.

Mezzi cristalli : contenenti quantità minori di ossidi di piombo, assieme ad altri ossidi come il bario e lo zinco.

Cristalli di Boemia : vetri sodico-calcio-potassici privi di impurità e con buona brillantezza.


Vetro al piombo

Dopo la normativa CEE , ecco come si presenta l'attuale classificazione.

Cristallo superiore : con più di 30% di ossido di piombo.


Cristallo superiore : con più di 30% di ossido di piombo.

Cristalli al piombo : con più di 24% di ossido di piombo.

Vetro sonoro superiore : contenente, oltre all'ossido di piombo, anche quello di zinco, bario e potassio in quantità maggiore o uguale al 10% singolarmente.

Vetro sonoro : contenente, oltre all'ossido di piombo, anche quello di bario o di potassio in quantità uguale o maggiore al 10% singolarmente o globalmente.


Vetri di borosilicati

Alta temperatura di rammollimento

Buona resistenza agli sbalzi termici e buona lavorabilità


Buona resistenza agli sbalzi termici e buona lavorabilità

Questi tipi di vetro rappresentano il mezzo più sicuro di smaltimento dei rifiuti radioattivi , grazie alla capacità di resistenza alla corrosione ed al valore particolarmente basso del coefficiente di diffusione degli ioni radioattivi.

I vetri microporosi , usati in biotecnologia ed in cromatografia, sono ricavati da alcuni tipi di vetri sodio-borosilicati.


Vetri di quarzo

Formati quasi esclusivamente da silice

Alta resistenza agli shock termici (basso coefficiente di dilatazione)


Alta resistenza agli shock termici (basso coefficiente di dilatazione)

Permeabili alle radiazioni ultraviolette

Basso rammollimento a temperatura elevata.

Di difficile lavorazione e si usano principalmente per manufatti da laboratorio chimico.


Vetri di silice

Caratterizzati da una percentuale di silice più bassa rispetto ai vetri di quarzo


Durante la lavorazione, il manufatto è sottoposto ad un trattamento termico che favorisce la formazione di due fasi vetrose : l'una ricca di silice, l'altra ad alto tenore di alcali e anidride borica.

Si usa per bulbi delle lampade per radiazioni ultraviolette, materiale da laboratorio.


Vetri di silice

I vetri in pura silice presentano una struttura tridimensionale altamente legata con conseguente alla temperatura, resistività elettrica e chimica, basso coefficiente elevata resistenza di dilatazione termica.


coefficiente elevata resistenza di dilatazione termica.

Vengono impiegati per particolari produzioni chimiche e ottiche, a causa delle difficoltà di lavorazione e di formatura della silice che presenta elevati valori di viscosità e di temperatura di fusione (1710 °C). La viscosità può essere ridotta con l'impiego di un flussante (es: Na2O) che determina la rottura di alcuni legami Si-O e l'ottenimento di vetri siliceo-alcalini.

I vetri in silice pura sono prodotti per vaporizzazione di SiCl 4, successivamente idrolizzato a SiO2, o iniziando da borosilicati e separando con acido una fase costituita da borati alcalini: lo scheletro siliceo risultante assume per riscaldamento la compattezza voluta.


Vetri non silicei

Composti da miscele di ossidi vari e limitati al campo dell'ottica come assorbenti di calore e trasmissione raggi infrarossi.


Vetro sodico calcico

Miscela caratterizzata dalla presenza di ossido di calcio che diminuisce il limite di cristallizzazione del vetro, aumentandone la persistenza nel tempo . A questa classe appartengono i vetri comuni quali, ad esempio, quelli da finestre o per contenitori.

Questo tipo di vetro può essere incolore oppure colorato per la presenza di piccole percentuali di sali di ferro, come nel caso dei vetri per bottiglie.



Tipologie

Lastre commerciali

Prodotte in spessori unificati, si distinguono nelle seguenti categorie.

Tipologia Spessore


Tipologia Spessore

- Vetri semplici 1,5 – 1,8 mm

- Vetri semidoppi 2,5 mm

- Vetri doppi 3,5 – 4,0 mm

- Mezzi cristalli 4,0 – 6,0 mm

- Cristalli 6,0 – 12,0 mm

Tipologie

Lastre commerciali

Fourcault

Utilizza una macchina dell'altezza di 12 m, la cui base, dotata di una fessura centrale, viene immersa nel vetro fuso. Questo viene in tal modo tirato verso l'alto e si raffredda progressivamente


e si raffredda progressivamente

Tipologie

Lastre commerciali

Libbey Owens

La lastra viene tirata verticalmente dal forno per circa 1 m e, con un cilindro, viene fatta proseguire orizzontalmente, fino al forno di cottura


Pittsburgh

Prevede un'estrazione come il secondo processo e un avanzamento come il primo

TipologieVetrate per l'edilizia

Vetro float

Viene commercializzato in lastre incolori con spessore compreso tra 3-19 mm

Cristalli atermici

Derivano dal vetro float con l'impiego di coloranti nella pasta vetrosa e possiedono la


Derivano dal vetro float con l'impiego di coloranti nella pasta vetrosa e possiedono la proprietà di ridurre l'irraggiamento solare negli ambienti anche se il loro colore viene sfruttato maggiormente per fini architettonici.

Il coefficiente di trasparenza del vetro è funzione dello spessore e del colore della lastra ed è compreso tra 0,91-0,86 per i cristalli chiari trasparenti (valori minori per cristalli atermici o riflettenti) e tra 0,83-0,80 per cristalli chiari uniti al perimetro

Tipologie

Vetrate per l'edilizia

Cristalli riflettenti

Sono lastre di cristallo con una faccia trattata con un deposito di ossidi metallici , in modo da ottenere una riflessione selettiva dell'irraggiamento solare e da schermare le radiazioni ultraviolette (spettro compreso tra 300-380 nanometri).


le radiazioni ultraviolette (spettro compreso tra 300-380 nanometri).

Il deposito di ossidi metallici avviene tramite processi di pirolisi o per polverizzazione catodica di metalli ed ossidi metallici in campo elettromagnetico (Metodo Magnetron Sputtering) o sotto vuoto spinto con la crazione di un vetro con un buon rapporto luce trasmessa/luce riflessa.

L'eliminazione dell'effetto specchio avviene tramite microincisioni della superficie del pannello, con ottenimento di una microporosità diffusa.

L'efficacia del vetro antiriflesso è costante sotto ogni punto di vista e di illuminazione. Questi tipi di cristalli sono impiegati negli edifici

Tipologie

Vetrate per l'edilizia

Cristalli uniti al perimetro (vetri isolanti o pannelli vetrocamera):

Sono costituiti da 2 o 3 lastre, di uguale o diverso tipo, unite lungo tutto il perimetro, così da creare un'intercapedine d'aria disidratata e isolata rispetto all'ambiente esterno. E' necessario controllare lo spessore delle lastre oltre alle variazioni di


esterno. E' necessario controllare lo spessore delle lastre oltre alle variazioni di temperatura e di pressione nelle località di installazione

Cristalli basso-emissivi

La loro produzione è analoga a quella dei riflettenti, ma necessita di un trattamento specifico per riflettere il calore irraggiato dall'interno degli ambienti, così da ridurne la dispersione , mantenendo nel contempo un'alta trasmissione luminosa dall'esterno verso l'interno. Questi tipi di cristalli vengono impiegati generalmente come lastre interne in abbinamento a lastre esterne riflettenti

TipologieIn base al processo diproduzione

• Vetro cavo

http://www.vitrum.it/classificazione.htm

• Vetro piano

• Vetro tecnico


Vetro cavo

Contenitori e, in particolar modo, delle bottiglie.

La formatura del vetro cavo avviene per


La formatura del vetro cavo avviene per

Soffiatura

Pressatura

Centrifugazione


Vetro cavo

Soffiatura

Metodo antico in cui l'operaio immerge una canna da soffio nel crogiolo contenente il vetro fuso e, soffiando, trasforma il vetro in globo al quale far assumere spessore e forma diversi, avvalendosi di appropriati


far assumere spessore e forma diversi, avvalendosi di appropriati movimenti e di utensili come pinze e spatole.

Talvolta, l'operatore, per ottenere oggetti di uguale dimensione, soffia il vetro prelevato con la canna in uno stampo apribile

Tale operazione, detta di stampaggio, può essere eseguita in maniera automatica e continua , utilizzando macchinari di elevata produttività, capaci di lavorare fino a 70 t. di vetro in 24 ore.


Vetro cavo

Pressatura

Metodo di formatura consistente nell'immissione del vetro, allo stato di sufficiente plasticità, in uno stampo metallico caldo nel quale è poi abbassato un controstampo.


abbassato un controstampo.

Quest'ultimo spinge il vetro ad occupare lo spazio fra stampo e controstampo , determinando così lo spessore e la forma dell'oggetto.

Talvolta si adottano sistemi combinati di pressatura e soffiatura : con il primo metodo si ottiene un semilavorato che viene finito per soffiatura dopo il trasferimento in uno stampo caldo.


Vetro cavo

Centrifugazione

Tipo particolare di stampaggio consistente nel versare il vetro fuso in uno stampo fatto ruotare velocemente . E' adatto per oggetti con forma particolare ed uniformità di spessore.


particolare ed uniformità di spessore.

Vetro piano

Vetro tecnico

Fibre per il rinforzo di materiali e per l'isolamento termoacustico.

Può essere inserita in questa categoria la lana di vetro a fibra corta, e la fibra di vetro a fibra lunga, utilizzata maggiormente nei laminati plastici.


Vetro cavo

Lavorazione della bottiglia

Durante la fase di preparazione, il vetro passa dal bacino di fusione a una camera in refrattario


dal bacino di fusione a una camera in refrattario nella quale viene mantenuto a temperatura costante e da cui cadono per gravità gocce calibrate che vengono poi soffiate o pressate.

Nel processo Hartford la goccia cade in uno stampo sbozzatore e da qui passa a quello finitore in cui viene soffiato alla forma finale.

Nella macchina Owens lo stampo viene riempito per aspirazione e la formatura avviene con due successive fasi di soffiatura.

RicicloNel 2001 la produzione di imballaggi di vetro ha raggiunto le 3.332 t/000, in crescita del 2% rispetto al 2000.

Il consumo apparente italiano è ammontato a 3.178 t/000, dove le importazioni hanno rappresentato il 9%.

Il confronto con il 2000 è decisamente positivo, dato che si è registrata una crescita del 5,4% (il trend medio annuo degli ultimi 5 anni si colloca intorno al 3%).

Il consumo italiano di imballaggi di vetro è costituito per l'88% da bottiglie, per il 9% da vasi per conserve alimentari e per il restante 3% da flaconi e vetro tubo per fiale e fialoidi

http://www.italiaimballaggio.it/italiaimballaggio/06_02/sezioni/02_facts/art1_facts.html

RicicloNel corso degli ultimi trent’anni, tutti gli imballaggi di vetro sono stati oggetto di un processo di alleggerimento sensibile , che non ne ha però inficiato le prestazioni.

Alla proliferazione di forme e colori ha fatto eco una spiccata personalizzazione di bottiglie e flaconi, che vengono adattati al tipo di prodotto e alla marca, ricollegandosi perfino alla regione di provenienza del prodotto e alla marca, ricollegandosi perfino alla regione di provenienza del prodotto contenuto e quant'altro, si tratti di bevande o profumi.

Fra gli anni ‘80 e ‘90 gli imballaggi di vetro, in riferimento al loro ciclo di vita, sono stati interessati da un trend in bilico fra l'avanzata maturità e l'inizio del declino; tuttavia, intorno al 1995, è ripreso un lento processo di rivitalizzazione, che ha visto protagonisti le bottiglie per vino e derivati, le bottiglie per gli spirit, i vasi di vetro per alimenti, i contenitori per olio di oliva extra vergine nonché i flaconi per profumi uomo- donna.

http://www.italiaimballaggio.it/italiaimballaggio/06_02/sezioni/02_facts/art1_facts.html

Riciclo

Vetro: raccolta differenziata e riciclo

Nel 2001 sono state raccolte in maniera differenziata 960 mila tonnellate di vetro , e per il 2002 l'obiettivo è di 1.176.000 tonnellate. tonnellate di vetro , e per il 2002 l'obiettivo è di 1.176.000 tonnellate.

Il 50% delle bottiglie in circolazione nel nostro Paese sono fabbricate con vetro riciclato .

Dati Assovetro (associazione degli industriali di settore) e Coreve(Consorzio di recupero del Vetro)

Riciclo

La raccolta multimateriale , raccolta nella stessa campana materiali diversi (ceramica, metalli, altri rifiuti), producono compromettono una giusta raccolta ed un efficace riutilizzo del materiale

Campane monomateriale

Per raggiungere i valori fissati per il 2002, con il sistema monomateriale si deve arrivare a 1,2 milioni di tonnellate; se invece si usa una raccolta multimateriale, bisogna raccogliere 1,8 milioni di tonnellate

Innalzamento della quota minima di riciclo da raggiungere entro il 2006 (60%)

Riciclo

Nord 75,0%

Centro 16,5%

Sud 8,5%

http://www.arpa.emr.it/reggioe/OPR/vetro.htm

RicicloL'utilizzo di vetro riciclato nella fabbricazione del 50% di bottiglie in circolo ha portato al risparmio di quasi un milione e mezzo di barili di petrolio in un anno, grazie alle minori temperature necessarie alla fusione dei rottami di vetro

Per produrre vetro con uguali quantità di materia prime e vetro di recupero si risparmia:recupero si risparmia:

• Metà del fabbisogno di materia prima

• Un terzo di energia in quanto la temperatura di fusione è più bassa

• Emissioni in atmosfera

L’imballaggio in vetro ha una destinazione prevalentemente domestica: l’88.7% dei rifiuti di imballaggio in vetro è attribuito ai rifiuti urbani domestici, compresi gli esercizi pubblici (bar e ristoranti).


Riciclo

IL CICLO DI RACCOLTA E RICICLO DEL VETRO

Il vetro delle campane della raccolta differenziata viene inviato ai centri di selezione e stoccaggio .

I vari tipi di vetro vengono separati e frantumati e, attraverso I vari tipi di vetro vengono separati e frantumati e, attraverso apposite elettrocalamite vengono eliminati gli anelli di metallo delle chiusure.

Per successiva aspirazione vengono rimossi i residui di plastica e carta.

Si passa ad una fase di lavaggio, dopo la quale il vetro viene inviato alle vetrerie per la fusione


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