Il Processo Conciario l attuale tecnologia e le sue problematiche

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1 Il Processo Conciario l attuale tecnologia e le sue problematiche Il processo conciario tradizionalmente seguito dalle aziende conciarie, sia esso al cromo o al vegetale, consta di numerose lavorazioni chimiche e meccaniche, atte a trasformare un materiale organico destinato alla putrefazione in un prodotto finito resistente all attacco idrolitico dei batteri e con peculiari caratteristiche merceologiche e fisico-meccaniche che lo rendono idoneo per il suo impiego in svariati settori, dalla calzatura all arredamento, all abbigliamento ecc Il dover sottoporre le pelli a tutte queste lavorazioni, con continui scarichi dei bagni di lavorazioni e frequenti variazioni di ph, comportano emissioni di grandi quantità di inquinanti, liquidi e solidi. Inoltre, anche se col tempo la tecnologia a disposizione del conciatore ha portato notevoli benefici, il consumo energetico e l approvvigionamento di acqua necessaria alla lavorazione sono ancora fattori che incidono notevolmente sull economia del processo stesso. Per dare un idea del consumo di acqua basti pensare che per ogni chilo di pelle prodotta, sono utilizzati nella filiera mediamente 40 litri d acqua, e che tale volume è già il frutto di una evoluzione del processo se si pensa che negli anni '50 per ogni chilo di pelle ne venivano impiegati circa il doppio. Tutte queste problematiche e le difficoltà sempre maggiori di approvvigionamento di energia, acqua e materie prime, impongono al mondo conciario una necessità di valutazione di nuove tecnologie di processo che apportino significativi miglioramenti in termini di impatto ambientale e sfruttamento delle risorse. In questo studio si cercherà di rivisitare radicalmente il processo conciario convenzionale, mettendo a punto una tecnologia operativa che riduca le procedure individuali e multifase della lavorazione, evitando continue variazioni di ph e riducendo drasticamente i consumi energetici e di risorse idriche. Il tutto naturalmente cercando di mantenere costanti, se non di migliorare, le caratteristiche merceologiche e fisico-meccaniche del cuoio finito, prima necessità per l intero settore conciario. Vista la diversità di pelli grezze, di tipologia di stabilizzazione ( Concia) e di prodotti finiti abbiamo ritenuto utile organizzare la ricerca a filiera, cioè affrontare la stessa tematica in concerie diverse così da portare avanti parallelamente la ricerca di grezzi diversi e di per processi di concia diversi. Il Processo Conciario Tradizionale Convenzionalmente si può suddividere il ciclo di lavorazione conciaria in due parti, la prima detta fase a umido, nella quale le pelli vengono lavorate in opportune soluzioni acquose di svariati prodotti chimici e la seconda in cui si applicano sulle pelli già asciutte sostanze chimiche di vario tipo. Nella prima fase abbiamo la stragrande maggioranza di consumo di acqua ed è perciò da considerarsi la principale fonte di inquinamento idrico della conceria. Per praticità prenderemo perciò in esame la sola fase a umido della lavorazione conciaria, la quale come vedremo è piuttosto complessa, ed in particolare focalizzeremo l attenzione su tutte le lavorazioni chimiche effettuate in conceria durante questa fase. Escluderemo perciò tutte le operazioni meccaniche che tradizionalmente vengono effettuate, in quanto anche se di grande importanza, generano reflui inquinanti in relative quantità. Il ciclo conciario inizia con l arrivo in conceria di pelli animali di varia natura e provenienza, conservate mediante metodiche quali salatura o essiccamento e prima di arrivare al processo di concia vero e proprio sono sottoposte ad una serie di lavorazioni 1

2 preparative, attraverso le quali si ripuliscono le pelli e si eliminano da queste tutte quelle parti considerate non lavorabili. Queste fasi della lavorazione prendono il nome di lavori di riviera ed è possibile schematizzarli in questo modo: Rinverdimento Necessario per riportare le pelli al grado di umidità naturale che possedevano prima del conservazione, sia essa per salatura o essiccamento. Inoltre sia ha una prima eliminazione dello sporco più grossolano e solubilizzazione di materiale proteico non strutturato e quindi non idoneo alla lavorazione conciaria.. Principali prodotti utilizzati: acqua, antibatterici, tensioattivi. Depilazione - Calcinazione Obbiettivi di questa fase della lavorazione sono di eliminare il pelo e l epidermide, e di aprire la struttura fibrosa della pelle per la completa pulizia e per renderla reattiva verso i prodotti concianti delle fasi successive. Principali prodotti utilizzati: acqua, idrossido di calcio, solfuro di sodio, solfidrato di sodio. Decalcinazione Macerazione Sgrassaggio Si effettua per eliminare parte della calce e portare le pelli al ph ideale per la successiva macerazione. Prodotti utilizzati: acqua, sali inorganici a reazione acida (in genere solfato d ammonio e cloruro d ammonio..), acidi organici bicarbossilici. Per eliminare i residui organici ancora presenti sulla pelle e all interno delle fibre, produrre nel contempo un certo allentamento della struttura fibrosa. Prodotti utilizzati: acqua, tensioattivi, prodotti di natura enzimatica (proteolitici). Per rimuovere le sostanze grasse ancora presenti sulla pelle. Questa fase è importante soprattutto per pelli particolarmente grasse di natura, quali le ovine. Prodotti utilizzati: acqua, tensioattivi, prodotti di natura enzimatica (lipolitici) Durante queste lavorazioni le pelli passano da valori di ph di circa 8-9 nel rinverdimento a durante la calcinazione ed infine a circa 7,5-8,5 durante la decalcinazionemacerazione. I bagni di lavorazione costituiscono approssimativamente il 35/40% del totale degli scarichi idrici delle fasi a umido e sono caratterizzati da alti contenuti salini (cloruri e solfati) ed alti carichi organici (COD e Solidi Sospesi), nonché da elevata carica batterica. Di seguito ai lavori di riviera si passa alle fasi di concia, nelle quali si ha una modificazione della struttura fibrosa delle pelli e la trasformazione di queste ultime in cuoio lavorabile ed imputrescibile. Ciò avviene per l azione di opportuni prodotti chiamati appunto concianti, i quali si fissano irreversibilmente alla pelle e ne consolidano la struttura interna, conferendo ciascuno peculiari caratteristiche. Queste fasi sono qui schematizzate: 2

3 Pickel In questa fase si ha la completa eliminazione della calce e mediante acidificazione delle pelli si raggiungono le migliori condizioni di reattività nei confronti dei prodotti concianti successivi. Prodotti utilizzati: acqua, acidi forti organici ed inorganici, cloruro di sodio, prodotti antimuffa, sbiancanti. Depiclaggio-Ripiclaggio Con il pickel, le pelli acquistano caratteristiche che le rendono idrotermicamente abbastanza resistenti, tanto che molte volte le aziende conciarie acquistano pellami già in questo stato. In questi casi, per uniformare al meglio le pelli si effettua un lavorazione chimica di depiclaggio, in cui il ph viene portato da 2/2,5 a circa 5, ed un nuovo pickel per tornare nuovamente a ph acido (2,8/3). Prodotti utilizzati: Depiclaggio acqua, cloruro di sodio, bicarbonato di sodio, formiato di sodio, acetato di sodio, prodotti tensioattivi Ripiclaggio acqua, acidi forti organici ed inorganici, cloruro di sodio, prodotti antimuffa, sbiancanti Concia E la vera e propria fase di trasformazione di pelle in cuoio. È in genere suddivisa in due parti, una prima fase di penetrazione del prodotto conciante all interno della pelle, ed una seconda in cui si ha la fissazione del conciante stesso alle fibre proteiche. Prodotti utilizzati: 1 a Fase di penetrazione del conciante acqua, concianti minerali (sali di cromo(iii), sali di alluminio(iii), sali di zirconio(iv) ), estratti vegetali (castagno, quebracho, mimosa ), tannini sintetici, prodotti aldeidici (formaldeide, glutaraldeide, acetaldeide ),, prodotti antimuffa, sali organici mascheranti (formiato di sodio, acetato di sodio ) 2 a Fase di fissazione del conciante sali inorganici a reazione basica (bicarbonato di sodio, ossido di magnesio ), prodotti mascheranti (formiato di sodio, acetato di sodio ). Nelle lavorazioni di conciatura, le pelli passano dai bagni a ph circa 8 di fine macerazione a soluzioni fortemente acide (2,5/3) nel pickel e nella concia di penetrazione, per poi terminare a ph leggermente più alti (circa 4) con la fase di fissazione del conciante. Approssimativamente la quantità di acqua scaricata in queste fasi è circa il 50% di quella totale impiegata nelle fasi a umido. Anche per queste fasi avremo alta salinità e carichi organici, in più, in dipendenza dal tipo di concia effettuata, nel bagno troveremo sali metallici, tannini vegetali e sintetici, prodotti aldeidici. Ultima parte della lavorazione conciaria a umido è costituita da quelle lavorazione necessarie per la caratterizzazione del pellame ottenuto con la concia, in base all articolo finito desiderato. Queste lavorazioni di caratterizzazione o più semplicemente di riconcia, permettono di conferire al cuoio peculiari proprietà merceologiche ed adeguate resistenze fisico-meccaniche. 3

4 uniformizzazione Per completare e rendere più omogenea la concia effettuata. Generalmente si impiegano le stesse sostanze utilizzate durante la concia o prodotti di natura chimica simile. Prodotti utilizzati: acqua, concianti minerali (sali di cromo(iii), sali di alluminio(iii) ), bicarbonato di sodio. Neutralizzazione Per rendere le pelli idonee al trattamento di riconcia di caratterizzazione, di tintura ed ingrasso successivi. Prodotti utilizzati: acqua, bicarbonato di sodio, formiato di sodio, bisolfito di sodio, acetato di sodio, tannini sintetici neutralizzanti. caratterizzazione Insieme all ingrassaggio è la lavorazione che determina le caratteristiche del cuoio finito, in dipendenza dell articolo che si vuole ottenere. Prodotti utilizzati: acqua, tannini vegetali e sintetici, prodotti aldeidici (glutaraldeide), resine di vario tipo (acriliche, urea-formaldeide, melamminiche ). Tintura Per conferire al cuoio una determinata colorazione. Prodotti utilizzati: acqua, coloranti, acido formico. Ingrassaggio Trattamento delle pelli con sostanze di natura grassa per realizzare una lubrificazione delle fibre e conferire peculiari proprietà quali l elasticità, la pienezza, la morbidezza Prodotti utilizzati: acqua, prodotti ingrassanti di origine animale, vegetale e sintetica, emulsionanti, acido formico. Con queste lavorazioni si conclude la fase a umido del processo conciario, le pelli passano alle lavorazioni di asciugaggio ed infine alla rifinizione, con la quale si nobiliterà il cuoio ottenuto e lo si renderà idoneo alla vendita. Nelle fasi di caratterizzazione si scarica circa il 15% del totale delle acque reflue in uscita da un conceria, sempre considerando la sola lavorazione a umido. Si hanno ph continuamente variabili da circa 4 fino a 5/5,5, in quanto per permettere la penetrazione dei prodotti e la loro successiva fissazione si aggiungono continuamente acidi e basi, con il risultato di generare grandi quantità di sali che solo in parte sono trattenuti dalle pelli, mentre molti terminano nelle acque reflue. Come si può osservare, il ciclo conciario tradizionale, seguendo la logica del crea e distruggi, sottopone le pelli ad ampie e continue variazioni di ph, con continue aggiunte di prodotti acidi e basici. Tutto ciò naturalmente incide considerevolmente sull impatto ambientale dei reflui, provocando decisi aumenti in termini di parametri quali Cloruri, Solfati, COD, Solidi Sospesi Ciò che si vuol raggiungere in questa sperimentazione è la messa a punto di una lavorazione conciaria innovativa, la quale, sfruttando una radicale riorganizzazione dell intera fase a umido, riduca decisamente i passaggi di variazione di ph, con conseguenti miglioramenti di carattere ambientale ed in termini di consumi e scarichi idrici. Un tale riassestamento della metodologia operativa permetterà come vedremo di eliminare certe fasi della lavorazione, con un importante guadagno dal punto di vista della tempistica e del consumo di acqua, prodotti chimici ed energia. 4

5 Il Processo Conciario Inverso Per cercare di superare i problemi visti per il processo conciario a umido tradizionale, si cercherà di invertire le fasi della lavorazione, sia per cicli che partono da materiale grezzo, sia per quelli che invece hanno inizio con pellame piclato. In particolare, si agirà sui valori di ph iniziali, modulandoli opportunamente in modo da invertire le fasi produttive, evitando perciò di alternare continuamente le fasi di acidificazione e basificazioni, necessarie per la penetrazione e fissazione dei vari prodotti. Per il processo dal grezzo, in pratica sfrutteremo il fatto di avere un ph della pelle dopo macerazione vicino alla neutralità per offrire i prodotti delle operazioni post concia (lavorazioni di caratterizzazione), abbassando poi il ph ad un valore di circa 5,0-5,5 per eseguire la concia vera e propria. Tutto questo procedendo in parallelo con un processo conciario tradizionale, attuato su uno stesso grezzo di partenza e lavorato in comune per le fasi dei lavori di riviera, così da permetterci di paragonare con significatività i cuoi finiti ottenuti. Schematicamente: Pellame grezzo Lavorazioni di riviera Pellame in trippa a ph 8 Processo Tradizionale Suddivisione in mezzine Processo Inverso Mezzine sinistre Mezzine destre 5

6 Vista fase per fase la sperimentazione condotta in parallelo per processi partendo da pelli decalcinata sarà così strutturata: Processo Tradizionale Processo Inverso Mezzine SINISTRE Mezzine DESTRE Pickel caratterizzazione Concia al cromo di penetrazione Fissazione del conciante mediante basifica a ph 4 Pressatura, spaccatura, rasatura uniformizzazione Neutralizzazione a ph circa 5 caratterizzazione Tintura ed ingrasso Neutralizzazione a ph circa 5 Concia al cromo Asciugaggio, palissonatura Rasatura a secco Rifilatura, inchiodatura Tintura ed ingrasso Asciugaggio, palissonatura, rifilatura, inchiodatura 6

7 I pellami ottenuti attraverso le due metodiche operative saranno poi valutati per le loro caratteristiche merceologiche, andando a verificare le principali resistenze fisicomeccaniche richieste e le qualità organolettiche quali morbidezza, pienezza, nonché le caratteristiche tintoriali (intensità del colore, penetrazione, uniformità di tintura). Oltre a valutazioni sul prodotto finito, sarà necessaria anche una verifica dei principali parametri chimici, sia sulle pelli che nei singoli bagni di lavorazione, ma anche sui bagni finali medi ottenuti dai due processi, così da quantificare i miglioramenti in termini di impatto ambientale apportati dal processo innovativo. Infine, dalla valutazione dei costi di processo, intesi come costi energetici, costi per risorse idriche, costi per prodotti chimici e tempistica, si dovrà trarre un bilancio definitivo, per dimostrare i vantaggi e gli svantaggi del processo inverso in paragone con quello tradizionale. Per pellami che arrivano in conceria piclati, la sperimentazione sarà ancora più semplice, in quanto non vi è neppure la necessità di effettuare le lavorazioni di riviera comuni, ma si basterà effettuare una fase comune di depiclaggio prima di dividere le pelli ed andare avanti con le due metodologie. Pellame piclato Depiclaggio Pellame neutralizzato a ph circa 6 Processo Tradizionale Suddivisione in mezzine Processo Inverso Mezzine sinistre Mezzine destre 7

8 Fase per fase la sperimentazione sarà così condotta: Processo Tradizionale Processo Inverso Mezzine SINISTRE Mezzine DESTRE Ripiclaggio Concia al cromo di penetrazione caratterizzazione Tintura ed ingrasso Fissazione del conciante mediante basifica a ph 4 Neutralizzazione a ph circa 5 Pressatura, spaccatura, uniformizzazione Concia al cromo Asciugaggio, palissonatura Neutralizzazione a ph circa 5 Rasatura a secco caratterizzazione Rifilatura, inchiodatura Tintura ed ingrasso Asciugaggio, palissonatura, rifilatura, inchiodatura 8

9 Anche per questa seconda sperimentazione si effettuerà lo stesso tipo di valutazione sia sul prodotto finito, che sui bagni di lavorazione, giungendo infine a tirare un bilancio complessivo dei costi, visualizzando pregi e difetti anche di questo nuovo processo inverso su pellami di partenza piclati. Naturalmente tutto questa sperimentazione sarà condotta su scala pilota, con ridotti quantitativi di pellame, e i risultati ottenuti dovranno essere riconfermati tramite test di carattere industriale in aziende conciarie. Inoltre data l alta eterogeneità di pellami prodotti dalle aziende conciarie, occorrerà testare la funzionalità del processo conciario inverso su vari tipologie di pellami e per l ottenimento di una vasta gamma di articolistica. In questo modo si potrà rendere universale la nuova tecnologia e perciò applicabile da qualsiasi conceria di questo mondo, indipendentemente dal materiale di partenza e dal prodotto finito che si vuole ottenere. Conclusioni ed aspettative In linea di principio il processo conciario inverso permetterà l ottenimento di cuoi di alta qualità paragonabili a quelli tradizionalmente ottenuti dalle aziende conciarie con le loro lavorazioni, riducendo nel contempo i consumi di acqua, e di prodotti chimici, con notevoli benefici di carattere ambientale e con tempi di processo ridotti. In linea di principio, con il processo inverso avremo una significativa riduzione del consumo di acqua, in quanto sono state eliminate diverse fasi della tradizionale lavorazione. Facendo una stima delle acque consumate durante il processo convenzionale e confrontandole con quelle che invece occorreranno per il ciclo innovativo, si ricava un risparmio d acqua, e quindi anche una riduzione degli effluenti di circa il 60/65%. In un contesto mondiale che va verso drastiche diminuzioni delle risorse idriche, un tale risultato risulta senza dubbio di grande importanza. Il ciclo conciario inverso comporterà un importante miglioramento in termini di impatto ambientale, in quanto avendo eliminato diverse fasi di acidificazione/basificazione, avremo abbattimenti di valori chimici importanti quali COD, solidi sospesi, per i quali si prevede un abbattimento rispettivamente del 30/50% e del 60/80%, ma anche cloruri, solfati Si prevede anche di ottenere un miglior grado di fissazione dei prodotti chimici, per cui anche questo si ripercuoterà positivamente sui carichi inquinanti dei reflui di scarico. Per quanto riguarda i costi energetici, valutando tutti gli aspetti in questione, con l introduzione del nuovo processo inverso si avranno grossi vantaggi economici. Innanzitutto, ritornando alla diminuzione del consumo di acqua, ed alla conseguente riduzione degli scarichi, avremo un abbattimento dei costi per il trattamento di depurazione. Per quanto riguarda i tempi, si prevede che il processo inverso necessiterà di archi di tempo notevolmente inferiori, quantificabili in circa il 50% in meno, considerando tempi di bottalatura e intervalli di lavorazione. Il tutto naturalmente si traduce in risparmi energetici per il mantenimento dell impianto ed in un potenziale aumento della produttività dell azienda conciaria. Infine è da considerare il risparmio ottenuto in termini di prodotti chimici, dovuto all eliminazione di diverse fasi di acidificazione/basificazione e al miglioramento del grado di esaurimento dei prodotti chimici forniti. La riduzione del consumo di prodotti chimici è stimabile attorno al 50% 9

10 Riduzione del consumo di acqua Minor quantità di effluenti da depurare Minor carico inquinante degli effluenti Tempi di lavorazione ridotti PROCESSO INVERSO Miglior esaurimento dei prodotti chimici Minor consumo di energia di mantenimento impianto Riduzione dell impiego di prodotti chimici Aumento di produttività aziendale 10