SILICATO DI ZIRCONIO: ORIGINE, PRODUZIONE, RADIOATTIVITÀ

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Dionisia Carbone
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1 SILICATO DI ZIRCONIO: ORIGINE, PRODUZIONE, RADIOATTIVITÀ Michele Dondi CNR-ISTEC Faenza - Società Ceramica Italiana Massimo Esposito U-Series Lab, Bologna

Contenuti Produzione e prezzo del silicato di zirconio Giacimenti di minerali zirconiferi Processo di produzione Radioattività dello zircone (dati di letteratura) Normativa internazionale

2 Contenuti Produzione e prezzo del silicato di zirconio Giacimenti di minerali zirconiferi Processo di produzione Radioattività dello zircone (dati di letteratura) Normativa internazionale radioattività dei materiali da costruzione Radioattività piastrelle ceramiche Radioattività materie prime ceramiche Radioattività materiali da costruzione (dati inediti) Normativa italiana sulla radioprotezione per l industria ceramica

3 Produzione e prezzo del silicato di zirconio US$/ton (eq. 1998) 700 Produzione mondiale (ton x 1000) 10 3 ton 1,600 1,500 1, % Ceramica +33% annuo 1,300 1,200 1,100 1, Prezzo (US$/ton) Fonte: US Geological Survey

4 Dove si produce il silicato di zirconio? Giacimenti in produzione Giacimenti in via di sviluppo

5 Produzione e riserve di silicato di zirconio PRODUZIONE 2007 RISERVE (milioni tonnellate ZrO 2 ) ZIRCONE tonnellate % cum. misurate dimostrate % anni 2 Australia 605, % 38% % 50 Sud Africa 1 400, % 63% % 35 Cina 180, % 75% % 21 USA 150, % 84% % 38 Indonesia 111, % 91%?? Ucraina 35, % 93% % 171 India 29, % 95% % 131 Vietnam 25, % 97%?? Brasile 1 20, % 98% % 230 Sri Lanka 13, % 99%?? Russia 1 7, % 99%?? Totale 1,585, (1) baddeleyite ZrO 2 Fonte: US Geological Survey (2) anni di autonomia con la produzione corrente

Andamento della produzione di zircone nei principali paesi produttori 700,000 600,000 500,000 400,000

6 Andamento della produzione di zircone nei principali paesi produttori 700, , , , ,000 tonnellate AUSTRALIA SUD AFRICA 200,000 USA CINA 100,000 0 UCRAINA INDONESIA

7 Giacimenti di minerali zirconiferi fonte di zircone (baddeleyite) processo naturale di concentrazione

8 Giacimenti: placers di minerali pesanti in sabbie di spiagge fossili Roy, Economic Geology 94 (1999) 567

9 Sabbie zirconifere: stratigrafia dei giacimenti Eneabba Western Australia 1% 2% 10% Lissiman & Oxenford, Economic Geology of Australia, 5 (1975) 1062

10 Processo di produzione Roy, Economic Geology 94 (1999) 567

11 Processo mineralurgico

12 Perché lo zircone è radioattivo? STRUTTURA CRISTALLINA DELLO ZIRCONE U = ppm Th = ppm Si 4+ Zr 4+ Zr U pm U pm Si 4+

13 Radioattività di materie prime e prodotto finito ZIRCONE MATERIA PRIMA BADDELEYITE MATERIA PRIMA Bq/kg 238 U (= 226 Ra) 232 Th 235 U 40 K Bq/kg 238 U (= 226 Ra) 232 Th 235 U 40 K Australia (n=7) 3006 ± ± ± 4 43 ± 10 Russia (n=1) n.d. 30 Sud Africa (n=3) 3238 ± ± ± 8 32 ± 1 Sud Africa (n=2) ± ± 636 n.d. 237 ± 89 India (n=3) Ucraina (n=2) 3450 ± ± ± ± 7 n.d. 86 ± 2 n.d. 29 ± 4 Bq/kg SILICATO DI ZIRCONIO PRODOTTO FINITO 238 U (= 226 Ra) 232 Th 235 U 40 K MONAZITE MATERIA PRIMA 238 U (= 226 Ra) 232 Th ± Bq/kg ± 450 Bq/kg Farina (n=12) 2679 ± ± 49 Bruzzi et al., J. Environ. Radioact. 47 (2000) 171 Mohanty et al., J. Environ. Radioact. 74 (2004) 15 Righi et al., J. Environ. Radioact. 82 (2005) 237 Chang et al., J. Environ. Radioact. 99 (2008) 455 Ballestreros et al., J. Environ. Radioact. 99 (2008) ± ± 2

14 Indici di radioattività Attività equivalente di radio (Bq/kg) Ra eq = A Ra A Th A K Indice di rischio esterno (Bq/kg) H ex = A Ra /370 + A Th /259 + A K /4810 Zircone Australia Sud Africa Ra eq H ex H in D Indice di rischio interno (Bq/kg) H in = A Ra /185 + A Th /259 + A K /4810 Dose gamma assorbita (ngy/h) D = A Ra A Th A K USA Ucraina India Tasso di esposizione effettivo alla radiazione (msv/anno) D eff = D x 1.23x10-3 Malaysia PRODOTTO Baddeleyite Ra eq H ex H in D Russia Sud Africa

15 NORMATIVE INTERNAZIONALI SU MATERIALI DA COSTRUZIONE Molti Paesi hanno imposto dei limiti alla concentrazione massima di radioattività nei materiali da costruzione, comprese le piastrelle di ceramica A livello europeo non ci sono limiti condivisi, ma solo indicazioni: di solito si fa riferimento al documento Radiation Protection 112 La Cina ha recentemente introdotto dei limiti nella norma GB6566 Il calcolo dell Indice di Radioattività si basa sulla concentrazione (Bq/kg) dei più importanti radioisotopi naturali: 226 Ra, 232 Th e 40 K. I = a 226 Ra + b 232 Th + c 40 K Ciascun paese adotta coefficienti differenti U-SERIES SRL Via G. Fanin, Bologna Tel. 051/

16 CONCENTRAZIONI DI RADIOATTIVITA IN PIASTRELLE ITALIANE (fonte: banca dati U-Series Srl) Concentrazione di radioattività sul prodotto finito Gres Porcellanato Piastrella smaltata Radionuclidi Attività specifica (Bq/kg) Radionuclidi Attività specifica (Bq/kg) Ra Ra Th Th K K La concentrazione di radioattività nel prodotto finito dipende principalmente dalla quantità di zirconio utilizzata poiché rappresenta la principale materia prima ad alta concentrazione di radioattività. U-SERIES SRL Via G. Fanin, Bologna Tel. 051/

17 CONCENTRAZIONI DI RADIOATTIVITA IN MATERIE PRIME PER CERAMICHE (fonte: banca dati U-Series Srl) Zirconio Radionuclidi Attività specifica (Bq/kg) Ra Th K Sabbie Coloranti Radionuclidi Attività specifica (Bq/kg) Radionuclidi Attività specifica (Bq/kg) Ra Ra Th Th K K Feldspati Argille e Caolini Radionuclidi Attività specifica (Bq/kg) Radionuclidi Attività specifica (Bq/kg) Ra Ra Th Th K K U-SERIES SRL Via G. Fanin, Bologna Tel. 051/

18 CONCENTRAZIONI IN ALTRI MATERIALI DA COSTRUZIONE (fonte: banca dati U-Series Srl) Misure condotte su altri materiali da costruzione: Laterizi, cemento, calce, intonaco, calcestruzzo, malta, sabbia e ghiaia Materiali Concentrazione Ra-226 (Bq/kg) Concentrazione Th-232 (Bq/kg) Concentrazione K-40 (Bq/kg) Cemento Calce Calcestruzzo Laterizi Sabbia Ghiaia Ceramica Pietre Naturali U-SERIES SRL Via G. Fanin, Bologna Tel. 051/

19 NORMATIVA ITALIANA SULLA RADIOPROTEZIONE PER L INDUSTRIA CERAMICA In Italia non ci sono limiti sulla concentrazione di radioattività nelle materie prime o nei prodotti finiti, ma sull esposizione dei lavoratori sono importanti le procedure seguite Obiettivo: tutelare la salute dei lavoratori impegnati in attività con presenza di radiazioni ionizzanti Campo di applicazione (fra gli altri): attività estrattive (tutte, non solo quelle in sotterraneo) e lavorazione di sabbie zirconifere D. Lgs. 241/2000 (Art. 10-bis, comma 1, lettera c) Per le sabbie zirconifere si fa riferimento all Allegato I bis, comma 1, lettera c. Per gli adempimenti descritti l esercente si avvale (Art. 10-ter, comma 5) di un Esperto Qualificato iscritto nell apposito elenco mantenuto dal Ministero del Lavoro (Art. 78, comma 1) con grado almeno secondo (Art. 78, comma 1, lettera b) Livello d azione 1,0 msv/anno dose efficace per i lavoratori 0,3 msv/anno dose efficace per la popolazione U-SERIES SRL Via G. Fanin, Bologna Tel. 051/

20 NORMATIVA ITALIANA SULLA RADIOPROTEZIONE PER L INDUSTRIA CERAMICA Perchè i lavoratori e la popolazione possono essere esposti a radiazioni a causa della lavorazione di sabbie zirconifere? Per 3 motivi: 1) Aumento della concentrazione di radon 2) Inalazione di polveri aerodisperse radioattive 3) Irraggiamento diretto in prossimità delle materie prime o dei prodotti finiti Risultati Se l esposizione è inferiore all 80% del livello d azione l esercente è tenuto a ripetere le misure con cadenza triennale oppure nel caso di consistenti variazioni nel ciclo produttivo Se l esposizione è compresa tra l 80% e il 100% del livello d azione l esercente è tenuto a ripetere le misure con cadenza annuale Se l esposizione è superiore al 100% del livello d azione l esercente è tenuto ad effettuare azioni di rimedio U-SERIES SRL Via G. Fanin, Bologna Tel. 051/

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