GRUPPO MINERALI S.p.A.

NOVARA

I FELDSPATI “BD21-VF” E “BD915-VF”

NEGLI IMPASTI IN VITREOUS CHINA

C. Baglietto

A. Ischia

R. Robioglio

Civita Castellana (Vt) 8-9 maggio 2002

1

Sommario

Sommario…………………………………………………………………………….2

INTRODUZIONE…………………………………………………………………...4

IL GRUPPO MINERALI…………………………………………………………...5

IL GRUPPO MINERALI IN NUMERI……………………………………………5

LE SOCIETA’ ITALIANE DEL GRUPPO MINERALI……………….………………………..6

DERVIO MINERARIA S.R.L.…………………….………………….…………….………….…….………...6

ECOMIN S.R.L ……………………………………………………………………………………………….…6

MINERALI INDUSTRIALI S.P.A. ……………………………………………………………………………7

SARDA SILICATI S.R.L. ………………………………………………………………………………………7

SASIL S.P.A. …………………………………………………………………………………………………….8

SIPI S.R.L. ………………………………………………………………………………………………………8

SUD MINERARIA S.R.L. ……………………………………………………………………………………...8

LE SOCIETA’ ESTERE DEL GRUPPO MINERALI……………………………………..…….9

GRUPPO MINERALI DO BRASIL LTDA………………………………………..…………………………9

MINERALI INDUSTRIALI BULGARIA EOOD…………………………………………………………….9

1 Obiettivo dello studio………………………………………………….………….10

2 Descrizione delle materie prime impiegate……………………………………..10

2.1. FELDSPATI SODICI BD21-VF E BD10-VF…………………………………………………….….10

IMPIANTO DI TRATTAMENTO. ………………………………………………………………………….11

2.2 FELDSPATO SODICO POTASSICO BD 915-VF………………………………………………..…13

2.3 QUARZO 1/05VF………………………………………………………………………………………..15

2.4 ROTTAME VITREOUS MACINATO (RVM)…………………………………….…………………..15

3 Controllo qualità…..……………………………………………………………..16

4▪ Descrizione delle prove………………………………………………..………..16

4.1▪ RIFERIMENTO STANDARD VITREOUS CHINA………………………………………………...17

4.2▪ NUOVE FORMULAZIONI……………………………………………………………………………17

2

4.3▪ PRODUZIONE E CICLO DI COTTURA……………………………………………………………19

4.4▪ CARATTERIZZAZIONE TECNOLOGICA…………………………………………………………19

Determinazione della perdita di peso dopo cottura…………………………………………………………..……..………..…..19

Determinazione ritiri in essiccamento e in cottura……………………………………………………………..…..………….…20

Rilievo della deformazione in cottura…………………………………………………………..…………………….………….…20

Resistenze meccaniche in cotto……………………………………………………………………………………….………….….20

Determinazione assorbimento d’acqua ……………………………………………………………………………..……..……...21

Determinazione dei coefficienti di dilatazione termica sull'impasto cotto……………………………………..………….….21

4.5▪ DETERMINAZIONI SUGLI IMPASTI IN COTTO.……………………………………. ……….…23

CONCLUSIONI…………………………………………………………..………..25

3

INTRODUZIONE

Con il presente lavoro di ricerca, il Gruppo Minerali intraprende uno studio per lo sviluppo di nuovi

impasti ceramici per il settore sanitario.

Lo studio qui presentato è svolto in collaborazione con una primaria azienda ceramica.

Lo sforzo intrapreso rientra nella filosofia innovativa che contraddistingue il Gruppo Minerali, in

particolare:

valorizzazione dei siti estrattivi, attraverso lo sfruttamento di grandi giacimenti facilmente

accessibili, concessioni di lungo periodo, ed un trattamento industriale capace di nobilitare materie

prime non immediatamente utilizzabili;

incentivazione della ricerca scientifica all’interno dei propri laboratori;

intensificazione della collaborazione scientifica tra Gruppo Minerali e la clientela

interessata.

4

IL GRUPPO MINERALI

Il Gruppo Minerali in numeri

1996 1997 1998 1999 2000 2001

Risorse Umane

(numero) 154 170 185 195 250 260

Unità produttive

(numero) 12 12 13 13 14 19

Produzione

(migliaia di tonnellate) 1.162 1.535 1.688 1.750 1.800 1.900

Potenza installata

(kW) 5.350 5.750 6.275 6.500 6.600 9.500

Concessioni minerarie

(Ha) 2.784 2.784 3.173 3.173 3.755 3.920

Fatturato globale

(milioni di Euro) 23 27 36 40 47 50

Investimenti totali

(milioni di Euro) 19 21 23 26 30 37

Settore di utilizzo % tonnellaggio % fatturato

Granulati per monocottura 23 13

Granulati e ventilati per piastrelle

in grés porcellanato 36 37

Ventilati per sanitari, stoviglieria

smalti e fritte 7 19

Sabbie per vetreria 32 30

Altri 2 1

5

LE SOCIETA’ ITALIANE DEL GRUPPO MINERALI

Dervio Mineraria S.r.l.

La Dervio Mineraria è la più giovane fra le società italiane facenti parte del Gruppo Minerali,

essendo stata acquisita nel Dicembre 1999.

L'attività della società consiste nella coltivazione e successivo trattamento di un feldspato sodico,

ben noto sul mercato italiano da oltre 90 anni come Feldspato di Dervio.

Il giacimento è un ammasso, in parte affiorante, situato fra i 700 e 900 m slm, in prossimità del

lago di Como; le riserve conosciute superano i 3 milioni di tonnellate, mentre il cubaggio del

minerale estraibile è poco meno di 2 milioni di tonnellate.

Dal punto di vista mineralogico si tratta di un feldspato prevalentemente sodico (~ 40%) associato a

feldspato potassico (~ 20%) e quarzo (~ 40%); sua caratteristica peculiare è la fusibilità e il colore

chiaro in cottura.

La coltivazione avviene esclusivamente in sotterraneo; il minerale subisce la frantumazione

primaria e secondaria in miniera, prima di essere avviato tramite teleferica e trasporto su gomma

all'impianto a valle dove è ridotto in pezzatura inferiore a 5 mm.

Ecomin S.r.l.

Dal 1992 Ecomin produce, per l'industria ceramica delle piastrelle e dei sanitari, feldspato sodico

potassico partendo da granito bianco e rosa. Questa attività deriva da una felice intuizione

ambientale: il recupero e il trattamento degli scarti di lavorazione del granito come pietra

ornamentale.

Grazie a un trattamento minerario all'avanguardia, si ottiene, partendo da un materiale altrimenti

non utilizzabile, un ottimo prodotto per piastrelle in grès porcellanato e sanitari.

Ecomin bonifica così le discariche storiche e pluricentenarie della zona del Lago Maggiore, a

ridosso del Mont'Orfano e del Monte Camoscio, nella provincia del Verbano-Cusio-Ossola. In

questo modo si ha il duplice vantaggio da un lato di evitare l'apertura di nuovi siti estrattivi e

dall'altro di sanare situazioni pericolose ed esteticamente non piacevoli dovute alle discariche

minerarie composte da materiali altrimenti non smaltibili.

6

Minerali Industriali S.p.a.

Nata nel 1984 Minerali Industriali opera oggi attraverso sei unità produttive per una garanzia

assoluta di costanza, la caratteristica più apprezzata nel settore ceramico.

A Masserano, in provincia di Biella, la produzione è destinata con successo ai settori della

monocottura, del grès porcellanato e dei sanitari.

Sempre a Masserano è stata avviata una produzione industriale di prodotti micronizzati fino a 2

micron, destinati, oltre al tradizionale settore ceramico, anche ai più diversi ambiti industriali:

gomme, plastiche, siliconi.

Lo stabilimento di Livorno è logisticamente ben posizionato, vista la vicinanza al porto ed al

raccordo ferroviario interno; produce quarzo e feldspati ventilati per fritte, smalti e sanitari. Le

materie prime provengono solo da miniere di proprietà, tutte di grandi estensioni.

Nei primi mesi del 2002 a seguito di un processo di ottimizzazione organizzativa di Gruppo,

Minerali Industriali ha incorporato i due stabilimenti della società Fondat e un’unità produttiva della

società SIPI.

La miniera ACDAL di Lozzolo, Vercelli è attiva dagli inizi del ‘900: in quegli anni, 300 dipendenti

scavavano a mano argille tra le più rinomate. Oggi, a Lozzolo, la produzione è dedicata soprattutto

al settore delle piastrelle in pasta bianca e rossa e a quello dei graniti sintetici.

Nelle due unità produttive di Santa Severa (Roma) - uniche in Italia - si ottengono caolini dalla

celebrata bianchezza per sanitari e smalti.

Lo stabilimento di Sarcedo (Vicenza) produce quarzo e feldspati ventilati per sanitari.

Sarda Silicati S.r.l.

Lo stabilimento è nato nel 1990, a Ossi, in provincia di Sassari ed è stato concepito per il

trattamento dei grezzi sabbiosi estratti dalla vicina miniera di Florinas. Sarda Silicati si distingue

per la sicura vocazione tecnologica, per la priorità degli obiettivi connessi a una produzione

pregiata.

Rivolta alle aziende più esigenti, produce sabbie feldspatiche per vetro bianco e cristallino, feldspati

per vetreria e ceramica, argille caolinitiche per ceramica.

7

Sasil S.p.a.

La storia di Sasil parte dal 1975 con lo stabilimento di Brusnengo in provincia di Biella.

Produce sabbie feldspatiche per piastrelle in grès porcellanato, per l'industria vetraria e ceramica,

per vetro cavo bianco, mezzo bianco.

Sasil gestisce un ciclo di trattamento minerario completo: lavaggio, attrizione, macinazione,

classificazione, flottazione, essiccazione, separazione magnetica, lisciviazione, recupero e

filtrazione delle frazioni più fini.

Dal 1995 è certificata ISO 9002 (certificazione qualità).

Dal 2002 è certificata ISO 14001 (certificazione ambientale).

Le miniere esaurite vengono recuperate a parco attrezzato per essere fruibili gratuitamente dai

visitatori.

La Sasil collabora sistematicamente con istituti universitari per progetti di ricerca.

Sipi S.r.l.

Due stabilimenti in Piemonte e in Toscana con un forte denominatore ambientale in comune:

produrre vitrite riciclando gli scarti della fabbricazione della ghisa.

Dal 1978 Sipi recupera le loppe di altoforno e le trasforma in vitrite, prezioso additivo per

l'industria vetraria.

I vantaggi: la vitrite aumenta la capacità produttiva del forno, accelera l'affinaggio della miscela

vetrificabile, riduce sensibilmente i consumi di combustibile perché abbassa la temperatura di

fusione.

Sud Mineraria S.r.l.

Con il Gruppo Minerali dal 1995, è l'obiettivo di espandersi nel sud d'Italia per offrire a quelle

regioni - e al bacino del Mediterraneo - un punto di produzione e un attento servizio commerciale.

Sud Mineraria controlla quattro unità produttive, tutte in Calabria.

Lo stabilimento di Porto Salvo di Vibo Valentia produce granulati e ventilati di quarzo, feldspato e

pegmatiti per vetro e ceramica. Le miniere di Ciano e Gabrielli forniscono feldspati per l’industria

ceramica delle piastrelle, che vengono frantumati e macinati in impianti esistenti nelle stesse

miniere.

A Serra San Bruno vengono estratte e trattate quarziti destinate all'industria chimica e ceramica.

8

LE SOCIETA’ ESTERE DEL GRUPPO MINERALI

Gruppo Minerali do Brasil Ltda

Gruppo Minerali do Brasil ha inaugurato a marzo 2002 un’unità produttiva a Itupeva – San Paolo -

ad alta tecnologia per la lavorazione e l’arricchimento di minerali feldspatici.

I minerali feldspatici grezzi vengono sottoposti a separazione magnetica per ridurre drasticamente il

contenuto di ferro. Si ottiene in questo modo un feldspato misto sodico-potassico idoneo alla

produzione di: piastrelle in grès porcellanato o monoporosa, sanitari, smalti e fritte, stoviglieria,

vetro bianco e colorato.

Minerali Industriali Bulgaria Eood

Minerali Industriali Bulgaria (MIB) nasce dall’idea che, in un orizzonte industriale globale, il

rapporto cliente/fornitore debba trasformarsi in un rapporto di stretta collaborazione, nel quale la

sintesi delle singole esperienze consente di raggiungere, in un’ottica comune, i risultati richiesti dal

mercato.

Minerali Industriali Bulgaria e Ideal Standard Bulgaria hanno stipulato nell’ottobre 2000 l’accordo

di collaborazione che ha portato, in sei mesi, alla costruzione dell’unità di macinazione, per quarzo,

feldspato e rottami della capacità di 24.000 tonnellate all’anno di prodotti ventilati (già predisposta

per il raddoppio) a Sevlievo, all’interno dell’area dello stabilimento Ideal Standard.

9

1 OBIETTIVO DELLO STUDIO

Con il presente lavoro si vuole valutare la possibilità di impiego di nuove materie prime nella

produzione di impasti in Vitreous China.

Lo studio è stato svolto in collaborazione con una primaria azienda ceramica ed ha come obiettivo i

seguenti punti

• Riformulazione di un impasto standard sostituendo la parte magra con le nuove materie prime

della Gruppo Minerali

• Caratterizzazione fisico-meccanica degli impasti di prova, realizzati in laboratorio e cotti in

forno di produzione industriale.

• Analisi dei risultati ottenuti e considerazioni finali.

2 DESCRIZIONE DELLE MATERIE PRIME IMPIEGATE

Le materie prime impiegate in questo lavoro provengono dagli impianti di ventilazione delle società

appartenenti alla Gruppo Minerali.

I feldspati sodici e sodico potassici utilizzati provengono da siti d’estrazione nazionale di nuovo

sfruttamento, dopo opportuno trattamento minerallurgico.

2.1. Feldspati Sodici BD21-VF e BD10-VF

I feldspati BD21VF e BD10-VF provengono dalla coltivazione della miniera di feldspato sodico

nell’area di Buddusò, in Gallura.

Il giacimento è compreso nella regione degli altopiani dei Monti di Alà, caratterizzati, dal punto di

vista petrografico, da un monzogranito leucocrate.

La roccia monzogranitica si presenta mediamente equigranulare, di colore grigio, a grana da media

a medio-fine. Il quarzo è abbondante; i feldspati sono rappresentati da fenocristalli di feldspato

potassico e da plagioclasio.

10

All’interno di questo litotipo affiora una roccia differenziata a carattere acido che rappresenta il

litotipo di nostro interesse. Si tratta di una roccia di colore bianco a grana per lo più fine o

medio-fine prevalentemente compatta e poco fratturata. La composizione di questa roccia è

prevalentemente albitica. Oltre al feldspato si trova localmente quarzo ed ematite.

Le riserve stimate sono valutabili in circa 5.000.000 di tonnellate nel primo corpo mineralizzato

indagato.

Da una prima valutazione degli altri corpi mineralizzati si ipotizza che le riserve potenzialmente

possano salire fino a 10.000.000 di tonnellate.

Impianto di trattamento.

Le prove condotte sui campioni hanno permesso di definire lo schema di flusso dell’impianto di

trattamento, per ottenere i due prodotti : BD21-VF e BD10-VF.

L’impianto di trattamento prevede:

Frantumazione primaria

Macinazione primaria

Vagliatura ad umido e lavaggio su coclea della frazione < 10 mm

Stoccaggio

Presso gli stabilimenti della Minerali Industriali di Cacciano, Livorno e Sarcedo vengono

completate le fasi di trattamento mineralurgico mediante:

separazione magnetica per eliminare i minerali ricchi in Fe2O3

ventilazione alla granulometria desiderata

Il grezzo proveniente dagli impianti di Buddusò viene inoltre ulteriormente trattato sugli impianti di

lavaggio ad attrito, flottazione e separazione magnetica della Sasil, per ottenere un prodotto

ventilato a basso tenore in ossidi cromofori, destinato alla produzione di stoviglierie (porcellana

bianca) e smalti, e denominato BD10VF.

Nella tabella n°1 si riepilogano le analisi chimica e mineralogica e granulometrica dei feldspati

sodici BD 21-VF e BD10-VF.

11

Analisi chimica Feldspato BD21-VF Feldspato BD10-VF

SiO2 % 71,1 71,9

Al2O3 % 17,00 17,30

Fe2O3 % 0,18 0,09

TiO2 % 0,11 0,05

CaO % 0,65 0,20

MgO % 0,30 0,10

K2O % 0,20 0,30

Na2O % 9,70 9,80

L.O.I. (1100°C) % 0,70 0,20

Analisi granulometrica

> 75 µm % < 1 < 1

Analisi mineralogica

Feldspato sodico % 83 84

Quarzo % 13 13

Feldspato potassico % 1 2

Altro % 3 1

Tabella 1 – Analisi chimico-mineralogica e granulometrica dei feldspati BD21-VF; BD10-VF.

12

2.2 Feldspato sodico potassico BD 915-VF

Il Feldspato sodico potassico BD 915-VF, è la sperimentazione di un prodotto tecnico costituito

da minerali con diverse peculiarità, da utilizzare nella formulazione delle porcellane sanitarie. La

miscela fondente è costituita dalle seguenti materie prime:

Feldspato sodico proveniente dal giacimento di Buddusò

Sabbia feldspatica potassica sarda.

La sabbia feldspatica potassica sarda attualmente impiegata nel settore ceramico (produzione di

gres porcellanato superwhite), proveniente da un giacimento di sabbie feldspatiche ubicato nella

concessione mineraria denominata “Monte Mamas” nei comuni di Ossi e Florinas in provincia di

Sassari.

L’impianto di trattamento è quello della Sarda Silicati presso Ossi.

La collocazione dello strato geologico di nostro interesse, rispetto alla conformazione del

giacimento di Ossi, riguarda il deposito di sabbie immediatamente al di sotto dello strato di calcari

superiori disposti in superficie.

Queste sabbie sono costituite per il 65% da granuli arrotondati di quarzo, 20% da feldspato

potassico (ortoclasio, microclino e pertiti potassiche), 15% da minerali argillosi quali caolinite e

subordinatamente illite.

I granuli che compongono tali sabbie sono in prevalenza monofasici, le uniche eccezioni sono

costituite da rare particelle miste di quarzo-feldspato e nelle granulometrie più grossolane dal

quarzo che può avere inclusioni di biotite.

L’analisi sedimentologico - strutturale del deposito testimonia la sua origine transiente tra

l’ambiente fluviale e quello marino (zona deltizia). La potenza massima del deposito raggiunge i

100 metri.

Le sabbie superiori individuate nell’area di Ossi e Florinas costituiscono depositi sabbioso-

argillosi di ottima qualità, esse si distinguono dalle altre sabbie presenti nel bacino sedimentario,

sostanzialmente per il minor contenuto di minerali femici. Il tenore di Fe2O3 contenuto, è

determinante per la scelta di estrarre la materia prima e di sottoporla ad un trattamento tecnologico

che porti a prodotti commercialmente validi.

13

Il materiale grezzo estratto dalla miniera S. Lorenzo subisce un trattamento tecnologico dal quale

si ottengono diversi prodotti con caratteristiche composizionali e granulometriche particolari. La

differenziazione principale dei prodotti in uscita dall’impianto è fatta in base al loro possibile

impiego industriale; si distinguono le sabbie feldspatiche per ceramica e vetro, e le argille.

Il trattamento tecnologico della sabbia feldspatica grezza, segue abbastanza fedelmente i metodi

classici per la lavorazione ad umido dei materiali per vetro e ceramica. Un primo impianto di

vagliatura posto vicino al sito di estrazione, consente di fare una prima separazione del materiale

ottenendo un sottovaglio impoverito di feldspati e destinato principalmente al mercato vetrario, ed

un sopravaglio formato da feldspati ed argille, idoneo ai prodotti ceramici. Dal sopravaglio,

mediante idroclassificazione si separa la parte argillosa da quella feldspatica, quest’ultima viene

macinata e classificata, fino ad ottenere il prodotto desiderato.

Nella tabella n°2 si riepilogano le analisi chimica e mineralogica e granulometrica del feldspato

sodico potassico BD 915-VF.

Analisi chimica Feldspato BD915-VF

SiO2 % 77,8

Al2O3 % 12,50

Fe2O3 % 0,18

TiO2 % 0,08

CaO % 0,60

MgO % 0,15

K2O % 3

Na2O % 5

L.O.I. (1100°C) % 0,40

Analisi granulometrica

>75 µm % < 1

Analisi mineralogica %

Feldspato sodico % 44

Quarzo % 37

Feldspato potassico % 18

Altro % 1

,20

,00

Tabella 2 – Analisi chimico-mineralogica e granulometrica del feldspato BD 915-VF.

14

2.3 Quarzo 1/05VF

Il quarzo 1/05VF è un materiale ad elevato tenore di silice con un contenuto in ossidi cromofori

molto basso (Fe2O3 inf. 500 ppm), ventilato presso gli stabilimenti della Minerali Industriali e

destinato ai settori dei sanitari e dei colorifici e smalti.

Nella tabella n°3 si riepilogano le analisi chimica e mineralogica e granulometrica del quarzo

1/05-VF.

Analisi chimica Quarzo 1/05 VF

SiO2 % 99,0

Al2O3 % 0,50

Fe2O3 % 0,04

TiO2 % 0,01

CaO % 0,06

MgO % 0,01

K2O % 0

Na2O % 0

L.O.I. (1100°C) % 0,07

Analisi granulometrica

>75 µm % < 1

Analisi mineralogica %

Quarzo % 99

Altro % 1

,20

,05

Tabella 3 – Analisi chimico-mineralogica e granulometrica del quarzo 1/05 VF.

2.4 Rottame Vitreous Macinato (RVM)

Dalla collaborazione con un primario Gruppo mondiale di produttore di apparecchi sanitari ,

nell’anno 2000 è stata realizzato presso lo stabilimento di Sarcedo un impianto dedicato alla

macinazione del rottame vitreous. Il materiale, proveniente da siti produttivi dislocati sul territorio

nazionale, seguendo una concertata procedura di qualità, ha fatto si che tale prodotto venisse

reintegrato nel ciclo produttivo quale materia prima.

15

Attualmente presso lo stesso stabilimento vengono ventilati quarzi e feldspati per la produzione del

vitreous sanitario e prodotti vagliati alle diverse granulometrie per il settore del fire clay e del fine

fire clay

3. CONTROLLO QUALITA’

La costanza delle caratteristiche di ogni prodotto è un parametro fondamentale per il mantenimento

degli standard di qualità, al fine di fornire all’utilizzatore un prodotto sempre in accordo con le

specifiche richieste.

Le aziende del Gruppo Minerali, dispongono di moderni laboratori in grado di controllare le

caratteristiche dei prodotti dal momento dell’estrazione del minerale, per tutte le fasi del processo,

fino allo stoccaggio del prodotto finito entro i silos.

Il controllo di qualità è gestito per lotti di produzione

Per il controllo di qualità vengono impiegate le seguenti apparecchiature: fluorescenza RX,

granulometro laser, setacciatore ad aria e determinatore carbonio/zolfo, che permettono la

caratterizzazione chimica e granulometrica di ogni prodotto in ogni fase produttiva.

Pertanto i controlli di qualità effettuati presso i laboratori sono determinanti per l’autorizzazione al

carico del prodotto stoccato, al fine di garantire standard qualitativi costanti nel tempo e

perfettamente in linea con le esigenze del cliente.

4▪ DESCRIZIONE DELLE PROVE

La sperimentazione prevede la formulazione di quattro nuovi impasti utilizzando le materie prime

fornite dagli stabilimenti Minerali Industriali. Il lavoro è stato articolato nei seguenti punti:

formulazione degli impasti di prova

produzione per colaggio, delle barrette necessarie per i test

cottura delle barrette nel forno industriale

caratterizzazione tecnologica degli impasti cotti in forno industriale a ciclo rapido.

16

4.1▪ Riferimento standard Vitreous China

La formulazione di ciascun impasto, è confrontata ad una composizione di riferimento standard,

che per il Vitreous China può essere definita da una formulazione tipo, composta da un 50% di

parte plastica (argille e caolini) e da un 50% di parte magra, ripartita tra quarzo e feldspato sodico

tradizionale e rottame vitreous macinato. Lo standard di riferimento così formulato è denominato

RIFERIMENTO e la sua formulazione è esposta insieme alle altre in Tab. n° 4.

4.2▪ Nuove formulazioni

Nel piano sperimentale sono state testate 4 nuove formulazioni.(Tab. n°4) Esse prevedono la

sostituzione totale del feldspato sodico (formulazione n° 2) e una riduzione del quarzo con

incremento della frazione feldspatica (formulazioni n° 3 e n°4), mantenendo invariata la parte

plastica argillosa e il vitreous.

La frazione plastica è caratterizzata dalla miscela di argille e caolini normalmente utilizzati dal

cliente.

Nella tabella n°5 si riporta l’analisi chimica in crudo della frazione magra (quarzo, feldspato,

rottame vitreous).

Nella tabella n°6 si riportano i valori di viscosità, tissotropia, spessore a 60’ e ritiro in essicato.

17

RIEPILOGO FORMULAZIONI IMPASTI DI PROVA E DEL RIFERIMENTO

Tab. n°4 1° 2° 3° 4°

RIF.TO BD21 BD915 BD915/2

FELDSPATO NAZIONALE 24 0 0 0

BD21-VF 0 24 0 0

BD915-VF 0 0 34 37

1/05-VF 21 21 11 8

RVM 5 5 5 5

PARTE PLASTICA 50 50 50 50

100 100 100 100

Tab. n°5 RIF.TO BD21 BD915 BD915/2

SiO2 82,2 82,5 81,8 80,6

Al2O3 11,1 10,6 10,8 11,5

Fe2O3 0,24 0,17 0,20 0,21

TiO2 0,05 0,09 0,08 0,09

CaO 0,46 0,49 0,53 0,56

MgO 0,18 0,24 0,13 0,14

K2O 0,50 0,42 2,39 2,56

Na2O 4,82 4,89 3,65 3,95

P.F. 0,43 0,48 0,29 0,31

SOMMA 99,9 99,9 99,9 99,9

18

Tab. n°6 RIF.TO BD21 BD915 BD915/2

Prima fase gr./l 1620 1620 1620 1620

Barbottina gr./l 1848 1853 1852 1852

Aggiunte di silicato CC 7,75 8,25 8,15 5

Viscosità °G 311 315 313 304

T1 °G 13 19 16 24

T5 °G 56 70 71 88

Spessore 60' 7 7,5 7 10,5

Ritiro in essiccato % 2,2 2,3 2,2 2,1

4.3▪ Produzione e ciclo di cottura

Gli impasti sono stati testati producendo una barbottina peso/litro di 1845 ÷ 1850 g/L, impiegata per

il colaggio di tutte le barrette necessarie alla successiva caratterizzazione tecnologica. Viscosità e

tissotropia in fase di colaggio, sono rilevate con il viscosimetro a torsione di tipo Gallenkamp.

Il ciclo di cottura della durata di circa 10 ore è realizzato in forno industriale ed eseguito presso il

cliente.

4.4▪ Caratterizzazione tecnologica

La caratterizzazione tecnologica degli impasti di prova e dello standard di RIFERIMENTO, si

effettua mediante prove sviluppate nel laboratorio ceramico della società cliente. Misurazioni e test

relativi, sono brevemente descritti qui di seguito.

Determinazione della perdita di peso dopo cottura

Utilizzando le rilevazioni di peso delle barrette prima e dopo cottura, si ricava la perdita di peso.

es

ces

P

)PP(.C.P

−=

Dove:

19

P.C. = perdita in calcinazione

Pes = peso essiccato

Pc = peso dopo cottura

Determinazione ritiri in essiccamento e in cottura

La percentuale di ritiro subita dalle barrette durante l’essiccamento e durante cottura, è rilevata dai

valori mediati delle misurazioni, effettuate sulle barrette prima e dopo la cottura.

Ritiro in essiccamento (Res):

in

esin

esL

)LL(R

−=

Ritiro totale (Rtot):

in

cin

totL

)LL(R

−=

Ritiro in cotto (Rc):

estotcRRR −=

Dove:

Lin = distanza iniziale tra i riferimenti della dima usata dopo sformatura

Les = distanza tra i riferimenti dopo permanenza in essiccatoio

Lc = distanza tra i riferimenti dopo cottura

Rilievo della deformazione in cottura

La deformazione piroplastica, è rilevata misurando le frecce d'inflessione cui sono soggette le

barrette, (infornate a sbalzo), in fase di cottura. La misura viene fatta rispetto la linea di base

costituita dal supporto di infornamento. La misura finale assegnata ad ogni impasto è mediata sulle

rilevazioni di più provini.

Resistenze meccaniche in cotto

Le resistenze meccaniche delle barrette si determinano con una prova di flessione in tre

punti utilizzando il Tensiometro per resistenze meccaniche in flessione Netzsch 401.

20

La resistenza meccanica espressa in kg/cm2 si ottiene con la relazione matematica:

BA8.92

FL3R

2m •=

Dove:

L = distanza tra i coltelli

F = carico massimo di rottura della barretta

A = spessore

B = larghezza

Determinazione assorbimento d’acqua

La prova ha lo scopo di determinare la quantità percentuale d’acqua assorbita, dalla massa

ceramica, rispetto al peso iniziale del provino cotto.

Procedura di misurazione:

I provini che si usano sono tutte le barrette cotte, utilizzate per la determinazione del carico di

rottura.

I pezzi sono posti in stufa a 110°C fino al raggiungimento di peso costante.

Le barrette pesate, sono collocate nel recipiente di prova a tenuta, e sottoposte a vuoto fino a

700 mm Hg, per 30 minuti.

Successivamente vengono immersi in acqua distillata per 30 minuti, tamponati con un panno di

cotone per togliere l’eccesso di acqua dalla superficie e pesati.

Con la formula seguente si ricava l’assorbimento d’acqua dell’impasto:

s

su

P

PPAss

−=

Pu = peso barrette dopo imbibizione

Ps = peso a secco

Determinazione dei coefficienti di dilatazione termica sull'impasto cotto.

21

I materiali ceramici in massa sono per lo più corpi isotropi con granulometria fine

uniformemente distribuita e con orientamento casuale. I dilatometri utilizzati sono perciò direzionali

in quanto rilevano con continuità una misura del provino al variare della temperatura. Le

dimensioni crescono in proporzione al coefficiente di espansione termica del materiale, mentre le

variazioni di lunghezza possono essere reversibili o irreversibili a seconda che il campione sia cotto

o crudo.

Ai fini diagnostici una analisi termica di questo tipo non ha grande valore per la tecnica

industriale, è molto più utile per la conoscenza dei coefficienti di dilatazione rilevati per alcune

temperature critiche del processo. Con tali valori si può intervenire sul ciclo di cottura e sul

materiale, la curva di dilatazione termica può infatti dare una indicazione sul quantitativo di quarzo

libero presente, nell'impasto cotto.

Lo strumento utilizzato è il Dilatometro Netzsch 402EP, e nel nostro caso si sono rilevati i

coefficienti di dilatazione in due punti significativi del ciclo di riscaldamento: a 300°C ed a 600°C.

Si riportano le grandezze e le relazioni matematiche che consentono il calcolo dei coefficienti di

dilatazione termica lineare (α):

lunghezza del provino alla temperatura di inizio prova (30°C) )T(L 00

lunghezza del provino alla generica temperatura )T(L

espansione termica lineare assoluta )T(L)T(LL 00−=∆

espansione termica lineare unitaria

0L

L∆

coefficiente di dilatazione alla generica temperatura

00 TT

1*

L

L

−=∆α

22

4.5▪ Determinazioni sugli impasti in cotto

La Tab. n° 7 riporta insieme alle formulazioni d'impasto, i risultati della caratterizzazione

tecnologica svolti.

Il test n° 3 presenta valori di assorbimento sensibilmente superiori al limite con valori di ritiro dello

stesso ordine dello standard di riferimento e un carico di rottura inferiore. Dalla ridotta greificazione

riscontrata nel test n° 3 si evidenzia anche una ridotta deformazione.

Gli impasti n° 2 e 4 presentano valori di assorbimento, ritiro, resistenza meccanica e coefficiente di

dilatazione direttamente confrontabili con lo standard di riferimento.

In particolare l’impasto n° 2 presenta una deformazione pressoché uguale allo standard di

riferimento, mentre l’impasto n° 4, ai buoni risultati di ritiro, assorbimento e carico di rottura,

mostra anche una minore deformazione.

Tutti i test, compreso lo standard di riferimento hanno evidenziato il cavillo (shock termico in

glicerina) alla temperatura di 180°C. Il test n°2 ha cavillato alla temperatura di 210°C.

La smaltatura dei provini è stata effettuata con uno smalto bianco impiegato nel ciclo industriale.

Nelle FIG n°1, n°2, n° 3 e n° 4 sono visualizzati con i grafici a barre, gli andamenti di

assorbimento d’acqua, ritiro totale, carico di rottura, deformazione per tutti gli impasti del piano

sperimentale.

23

RIEPILOGO FORMULAZIONI E DETERMINAZIONI DEGLI IMPASTI DI PROVA

COTTI IN FORNO INDUSTRIALE

Tab. n° 7 1° 2° 3° 4°

RIF.TO BD21 BD915 BD915/2

FELDSPATO NAZIONALE 24 0 0 0

BD21-VF 0 24 0 0

BD915-VF 0 0 34 37

1/05-VF 21 21 11 8

RVM 5 5 5 5

PARTE PLASTICA 50 50 50 50

100 100 100 100

Tab.n°7 1° 2° 3° 4°

RIF.TO BD21 BD915 BD915/2

Ritiro totale % 9,91 9,99 9,9 10,07

Assorbimento % 0,32 0,43 0,57 0,32

L.O.I. % 6,33 6,36 6,33 6,35

MOR Kg./cm2 556,8 563,4 520,9 549,9

Coef.dilat. 30-300°C*10-6

5,23 5,07 5,37 5,06

Coef.dilat. 30-600°C*10-6

6,64 6,58 6,77 6,5

Deformazione 53 53,7 50 51,7

Cavillo in glicerina °C 180 210 180 180

24

CONCLUSIONI

I risultati ottenuti dal lavoro svolto evidenziano come il feldspato BD21-VF e BD915-VF possano

essere una valida alternativa ai feldspati attualmente impiegati nelle formulazioni di vitreous china.

Tali considerazioni sono avvalorate dall’esito delle prove tecnologiche condotte in parallelo con

l’impasto di riferimento

. Il feldspato BD21VF ha dimostrato di poter essere una reale alternativa ai feldspati sodici

attualmente impiegati nel comprensorio, potendo essere inserito in una formulazione tradizionale

senza dover apportare particolari modifiche.

Il feldspato BD915 VF grazie all’apporto in feldspato potassico ha evidenziato buoni valori di

ritiro e assorbimento, riducendo i valori di deformazione rispetto allo standard di riferimento.

Pertanto crediamo che tale feldspato possa essere una valida materia prima per le aziende

produttrici d’impasto, costantemente alla ricerca di stabilità di comportamento al variare dei cicli di

cottura.

Riteniamo inoltre che i risultati ottenuti dai test cotti in forno industriale con un ciclo di cottura

inferiore alle 10 ore possano essere facilmente riprodotti in condizioni industriali meno esasperate,

dove si usano correntemente cicli più lunghi e in certi casi temperature superiori ai 1220 °C

Entrambi i feldspati, il quarzo 1/05VF e il rottame vitreous rientrano nell’ottica di un’offerta

globale da parte di Gruppo Minerali di materie prime in grado di soddisfare sempre più le esigenze

del mercato.

Con i nuovi feldspati il Gruppo Minerali vuole sottolineare la continua dedizione nell’investire le

proprie risorse in un settore ove sempre più si richiedono costanza, qualità,

affidabilità delle materie prime offerte.

Grazie a decenni di esperienza nei trattamenti mineralurgici a secco e ad umido che derivano dalla

consolidata esperienza nella produzione di materie prime vetrarie ad elevato grado di purezza, sono

stati sviluppati i sopracitati prodotti e tutta una nuova gamma di materie prime pregiate per i

colorifici e gli smalti. (vedi tabella allegata).

25

ASSORBIMENTO D'ACQUA

0,32

0,43

0,57

0,32

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

BODY BD21 BD915 BD915/2

Ass

orb

imen

to d

'acq

ua (

%)

RITIRO TOTALE

10,079,99,999,91

5

6

7

8

9

10

11

BODY BD21 BD915 BD915/2

Rit

iro

(%

)

CARICO DI ROTTURA

549,9520,9563,4556,8

0

100

200

300

400

500

600

700

BODY BD21 BD915 BD915/2

Cari

co d

i ro

ttu

ra (

kg

/cm

3)

DEFORMAZIONE PIROMETRICA

5353,7

50 51,7

0

10

20

30

40

50

60

70

BODY BD21 BD915 BD915/2

Fle

ssio

ne

(m

m)