Le terre di fonderia nell’industria dei laterizi

APERTURA ORIZ (GRANDE SU 2 PAGINE)Già a partire dalla metà degli anni Ottanta si è pensato di impiegare alcuni materiali di scarto nella produzione di laterizi; mentre nella seconda metà degli anni Novanta si è cominciato a parlarne anche per la realizzazione di piastrelle. In generale i materiali ceramici tradizionali ben si prestano ad inglobare in modo efficiente il materiale di scarto, anche grazie all’ampio range composizionale delle materie prime utilizzate che, sinterizzando ad elevate temperature (maggiori di 1000°C), danno luogo ad una microstruttura eterogenea.
E le principali ricadute ambientali si possono così brevemente riassumere:
– riciclo dei rifiuti e allentamento dei problemi dovuti al loro stoccaggio;
– risparmio di materie prime naturali;
– minori temperature di sinterizzazione e di conseguenza minori consumi di metano e minori emissioni di CO2;
Scopo del presente lavoro: quello di delineare il quadro delle attuali conoscenze relative al riciclaggio di rifiuti urbani ed industriali nell’industria dei laterizi

Il riciclo nei laterizi: stato dell’arte
Negli ultimi trent’anni sono stati pubblicati numerosi lavori riguardanti il reimpiego nell’industria dei laterizi di un’ampia varietà di rifiuti urbani ed industriali. Le ricerche, concentrate in massima parte nell’arco degli anni Ottanta, hanno dimostrato la praticabilità di questa procedura con indubbi vantaggi, sia dal punto di vista ambientale, sia tecnologico. Tali ricerche sono state successivamente allargate a nuove tipologie di scarti ed indirizzate all’approfondimento di aspetti particolari.
L’aggiunta di scarti, oltre ai benefici per l’ambiente, spesso produce effetti positivi anche sulle proprietà dei semilavorati. Risultati incoraggianti provengono dall’utilizzo di rifiuti ricchi in sostanze organiche. La loro combustione, in fase di cottura, permette infatti un significativo risparmio energetico, anche con ridotte percentuali di additivazione, inferiori al 10%. Le caratteristiche dei prodotti finiti mettono in evidenza variazioni generalmente tollerabili e spesso positive. In particolare, la diminuzione in peso dovuto all’aumento della porosità, porta ad ulteriori vantaggi economici ai fini del trasporto e della posa, conferendo inoltre ai prodotti migliori caratteristiche di isolamento termico.
L’utilizzo di altri materiali di scarto provenienti da materiali combustibili (residui degli impianti di trattamento dei rifiuti urbani, scarti della lavorazione del carbone, scarti dell’industria tessile e conciaria e reflui derivanti dalla raffinazione del petrolio, dall’industria cartaria e dall’industria del legno) influenza, non sempre positivamente, la plasticità degli impasti e la porosità e la resistenza meccanica dei prodotti cotti. Tali scarti sono, a seguito della combustione dell’elevato contenuto di sostanze organiche, potenziali apportatori di energia durante la cottura dei laterizi. L’aggiunta di questi scarti agli impasti per laterizi, non superiore di solito al 10%, oltre al risparmio energetico durante cottura, determina un incremento di porosità ed una diminuzione del ritiro e della resistenza meccanica dei manufatti.
L’utilizzo del carbone nelle centrali termoelettriche dà origine a residui solidi inerti, ceneri, contenenti anche piccole quantità di particelle carboniose incombuste. Un 20% circa di residuo si raccoglie nel cinerario, bottom ash, mentre il restante 80% è costituito da particelle finissime, fly ash, trattenute di norma da appositi filtri. Il loro impiego conferisce agli impasti una buona plasticità. Le ceneri volanti sono state impiegate sia come parziale sostituto dell’argilla, sia come materia prima in grado di ridurre il consumo energetico in fase di cottura. L’aggiunta di ceneri volanti alle materie prime argillose determina un generale miglioramento del comportamento degli impasti sia in fase di formatura, sia di essiccamento. Nei materiali prodotti con miscele di argilla-fly ash si è osservato un miglioramento delle proprietà meccaniche. Il ritiro in cottura tende ad aumentare con il contenuto in fly ash, mentre la porosità non presenta, causa la diversa composizione chimica e la quantità utilizzata, un andamento univocamente definito. Si è rilevata inoltre, una diminuzione dei fenomeni di efflorescenza.
Un’altra tipologia di rifiuti è costituita dai fanghi provenienti dalle linee di smaltatura e di levigatura delle industrie delle piastrelle ceramiche, dagli impianti di placcatura e dall’industria metallurgica e metalmeccanica. La composizione di tali fanghi è a base sostanzialmente silico-alluminosa con presenza di percentuali estremamente variabili di metalli pesanti e di elementi alcalini ed alcalino-terrosi. Questi scarti hanno un prevalente effetto fondente che, a parità di temperatura di cottura, causa negli impasti additivati una significativa diminuzione della porosità. Fra i vantaggi, il possibile risparmio energetico conseguente l’abbassamento della temperatura di cottura. Le miscele argilla-scarto fondente presentano un migliore comportamento sia in fase di estrusione, sia di essiccamento, anche se si è registrata una diminuzione di resistenza meccanica del prodotto essiccato. Sui prodotti cotti è stato invece rilevato un incremento delle proprietà meccaniche ed una significativa riduzione dell’efflorescenza.
Materiali di scarto provenienti dall’industria mineraria possono agire, se additivati ad impasti argillosi, sia in qualità di smagrante, sia di plasticizzante. Il prevalere dell’uno o dell’altro effetto dipende dalla granulometria degli scarti e dal tipo di argilla con cui vengono miscelati. Gli scarti con distribuzione granulometrica grossolana, scarti smagranti, sono impiegati per limitare la plasticità delle materie prime argillose. Le quantità variano dal 10 al 60% e provocano in cotto, lievi diminuzioni di resistenza meccanica e di ritiro. L’inserimento negli impasti di scarti provenienti dell’estrazione del basalto, porta, per contenuti inferiori al 10%, ad un aumento del ritiro ed ad una diminuzione dell’assorbimento d’acqua. Causa l’elevato contenuto in calcio di alcuni di questi prodotti, sono stati osservati fenomeni di efflorescenza, anche se alcuni autori hanno registrato una loro significativa riduzione.
In conclusione, si può affermare che l’inserimento di rifiuti urbani ed industriali negli impasti per laterizi è redditizio sia per chi direttamente li produce, smaltimento corretto di materiali ingombranti ed inquinanti, sia per gli stessi produttori di laterizi, riduzione degli oneri di approvvigionamento di materie prime, risparmi energetici ed in alcuni casi, migliori prestazioni del prodotto finito. Tuttavia è doveroso rilevare che, causa i notevoli oneri legati al trasporto e la conseguente incidenza sul costo complessivo di produzione, il riutilizzo degli scarti va opportunamente valutato.

Le terre di fonderia
La terra di fonderia è una sabbia silicea uniforme di alta qualità, che viene utilizzata per realizzare stampi e nuclei per getti di metalli ferrosi e non ferrosi. L’industria fusoria impiega annualmente circa 100 milioni di tonnellate di terra di fonderia. Con l’uso, le terre degradano finché non sono più adatte per la realizzazione degli stampi. Di conseguenza vengono scartate ogni anno 9-10 milioni di tonnellate di sabbia esausta. Tuttavia, le sabbie di fonderia di scarto hanno composizione piuttosto omogenea e sono generalmente considerate un materiale di qualità superiore alle  sabbie naturali utilizzate nelle costruzioni. Attualmente si stima che il 28% delle terre di fonderia esauste venga riutilizzata, principalmente in applicazioni legate alle costruzioni, mentre la parte restante venga smaltita in discarica (American Foundry Society 2007). Solo una piccola percentuale della sabbia di fonderia esausta può essere classificata come rifiuto pericoloso.
Il riciclo delle terre di fonderia, oltre che ad avere una serie di vantaggi dal punto di vista della sostenibilità ambientale, con la riduzione dei rifiuti industriali in discarica ed il risparmio di materie prime vergini, ha anche un forte impatto economico, basti pensare che la sabbia silicea che viene impiegata in operazioni di fonderia in Italia costa circa 0,05 Euro/kg, ed il costo dello smaltimento in discarica di sabbie esauste è di circa 0,10 Euro/kg.
Le terre di fonderia, oltre che all’interno dello stesso ciclo produttivo fusorio, previi  trattamenti di rigenerazione, vengono riutilizzate anche in settori diversi: per la confezione del calcestruzzo, nelle miscele bituminose per asfaltare le strade, nei sottofondi stradali, nelle massicciate stradali, per la produzione di vetri e in generale come materiali da costruzione. L’utilizzo di sabbia di fonderia come aggregato fine nelle costruzioni permette di promuovere l’edilizia ecosostenibile, riducendo le emissioni di carbonio, ma anche come elemento di qualificazione per i crediti LEED.
Il riciclo delle terre di fonderia esauste è stato tentato con successo anche all’interno di impasti per laterizi, in parziale sostituzione delle materie prime smagranti, senza apprezzabili variazioni delle caratteristiche tecnologiche dei mattoni. È da tener presente, comunque, che la quantità di terra esausta riciclabile all’interno di un impasto per materiali ceramici dipende fortemente dalle caratteristiche di materie prime e materie prime seconde, e dai parametri del ciclo produttivo, che deve necessariamente essere messo a punto.
Tra i materiali ceramici, i laterizi sono quelli che meglio si prestano al riciclo delle terre esauste. Le alte temperature di processo per la cottura garantiscono una stabilizzazione dei materiali, diminuendo il rischio di cessione, ed immobilizzando i materiali pericolosi all’interno della matrice ceramica.
Uno studio di fattibilità per provare la compatibilità di una data terra di fonderia esausta all’interno di un dato impasto per laterizi prevede una serie di fasi, che, in linee generali, sono di seguito descritte:
– Produzione, a livello di laboratorio, degli impasti in cui vengono provate parziali sostituzioni delle materie prime con le terre da fonderia, in diverse percentuali.
– Realizzazione, a livello di laboratorio, di provini per testare le caratteristiche tecnologiche, in modo da selezionare l’impasto che permette di ottenere il miglior compromesso tra caratteristiche tecnologiche e quantità di terra riciclata.
– Realizzazione delle prove industriali, d’accordo con un produttore di laterizi, in modo da mettere a punto il ciclo industriale con il nuovo impasto e validare i risultati di laboratorio.
Sarebbe opportuno effettuare delle prove di cessione sui prodotti finiti per verificare che non ci sia rilascio di sostanze pericolose. Per completare lo studio di fattibilità bisognerebbe porre particolare attenzione al fenomeno delle efflorescenze – cui sono particolarmente sensibili i laterizi impiegati nel “faccia a vista” – oltre che, naturalmente, alle proprietà fisiche e tecnologiche, così come all’analisi dei gas rilasciati nel processo di fabbricazione.

Il Centro Ceramico di Bologna
Il Centro Ceramico è uno dei più importanti laboratori di ricerca applicata sui materiali ceramici presenti sul territorio nazionale. Svolge la sua attività a sostegno dello sviluppo scientifico e tecnologico dell’industria ceramica italiana, mediante la proposta di soluzioni innovative relative sia ai materiali che ai processi. Fornisce supporto alla filiera ceramica allo scopo di rafforzarne la competitività attraverso lo sviluppo di soluzioni e tecnologie innovative. Costituito nel 1976, il Centro Ceramico è una struttura universitaria di ricerca e di trasferimento tecnologico. Si tratta di un modello originale, funzionale all’obiettivo di rafforzamento della collaborazione tra sistema delle imprese, territorio, Università e mondo della ricerca in generale. Dispone di un laboratorio di analisi e prove sui materiali ceramici ed è in grado di agire quale centro di servizi ed assistenza tecnica alle imprese, attivo anche nel campo della normazione, della formazione superiore ed avanzata e, più in generale della diffusione di conoscenze.
Negli ultimi anni il Centro Ceramico ha avviato diverse linee di ricerca al fine di migliorare le prestazioni dei materiali ceramici tradizionali, allo scopo di ottenere prodotti ad alto valore tecnologico. Tra le linee di ricerca in cui il centro è maggiormente impegnato riveste particolare importanza quello del riciclo di materiali di scarto (materie prime seconde) nel ciclo produttivo ceramico.

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