Modello sperimentale per lo studio della sinterizzazione di un impasto da grès porcellanato

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Modello sperimentale per lo studio della sinterizzazione di un impasto da grès porcellanato"

Raimondo Sacco
5 anni fa
Visualizzazioni

Materie prime per piastrelle ceramiche, Sassuolo, 21 Febbraio 2019 Modello sperimentale per lo studio della sinterizzazione di un impasto da grès

1 Materie prime per piastrelle ceramiche, Sassuolo, 21 Febbraio 2019 Modello sperimentale per lo studio della sinterizzazione di un impasto da grès porcellanato Cristina Siligardi Dipartimento di Ingegneria Enzo Ferrari A.M. Ferrari, M. Lassinantti Gualtieri D. Settembre Blundo F.E. García Muiña

Coordinating Beneficiary: Associated Beneficiaries: Consultants Partners: With the contribution

2 1.Project Overview LIFE: Force of the Future (Forture Forture) New circular business concepts for the predictive and dynamic environmental and social design of the economic activities Coordinating Beneficiary: Associated Beneficiaries: Consultants Partners: With the contribution of the LIFE financial instrument of the European Community. Project Duration: October 2017 September 2020

3 2. Sviluppo sostenibile dell industria ceramica Razionalizzare l uso delle risorse nazionali, UE ed Extra UE per assicurare la continuità qualitativa e quantitativa dell approvvigionamento. Argilla extra UE Argilla UE Argilla Nazionale Feldspato extra UE Feldspato Nazionale Sabbia feldspatica Nazionale Sabbia di quarzo Nazionale

4 3. Studio: analisi mineralogica e processo di sinterizzazione Cinque formulazioni con una percentuale di materie prime europee diversi Impasto A B C D E % Materie prime UE

5 4. Caratterizzazioni Impasti Composizione chimica(xrf) Composizione mineralogica(xrd- Rietveld) Granulometria(Diffrazione laser) Provini crudi e cotti Ritiro lineare(rl%) Densitàapparente(ρ a,pesoedimensioni) Densitàreale(ρ r,picnometriaadelio) Composizione chimica(dal XRF del crudo e PF) Porosità totale(pt,%) ρ a ρ r Composizione mineralogica(xrd-metodo Rietveld-RIR) Dilatometria ottica (curve di sinterizzazioni) Analisi termogravimetrica (TG/DTA) Composizione chimica della fase vetrosa (sottraendo il contributo delle fasi cristalline dalla composizione chimica XRF)

6 5. RISULTATI: Impasti crudi Composizione chimica impasti peso%(xrf) Ossido A B C D E SiO 2 68,3 67,2 71,4 69,2 70,7 Al 2 O 3 20,1 20,6 17,6 18,1 16,9 Fe 2 O 3 0,44 0,62 0,50 1,13 0,81 TiO 2 0,47 0,61 0,58 0,59 0,59 MgO 0,23 0,32 0,23 0,42 0,58 K 2 O aumenta Na 2 O diminuisce Na 2 O/K 2 O diminuisce CaO 0,70 0,69 0,38 0,96 1,11 Na 2 O 4,06 3,58 4,47 2,64 2,58 K 2 O 1,74 1,37 1,69 2,89 2,65 LOI 3,79 4,81 2,94 3,91 3,83

7 6. RISULTATI: Impasti crudi Composizione mineralogica impasti(xrd e il metodo Rietveld) Impasto quarzo Composizione mineralogica(%peso) caolinite illite/mica plagioclasio K-feldspato calcite A 27.4 (2) 19.1 (4) 11.0 (5) 38.8 (3) 3.2 (4) 0.4 (1) B 30.9 (2) 21.9 (3) 7.1 (3) 36.0 (3) 3.7 (7) 0.4 (1) C 36.7 (2) 13.1 (4) 10.3 (3) 38.5 (3) 1.4 (2) - D 32.2 (2) 13.1 (5) 16.0 (6) 30.8 (3) 6.9 (4) 0.8 (1) E 38.9 (2) 13.1 (4) 12.1(4) 26.1 (3) 8.9 (2) 0.9 (1) *Presenza di smectite in bassa percentuale

8 7. RISULTATI: Distribuzione granulometrica Granulometria Impasto D(0.1) D(0.5) D(0.9) Vol%>45 µm Residuo(45µm) ρ a (g/cm 3 )* A ±0.02 B ±0.06 C ±0.03 Volume (%) D AE B C D E D ±0.05 E ±0.04 *@110 C, 24h Diametro (µm) Campioni studiati: pressati e cotti in forno industriale con T Buller >1100 C

9 8. RISULTATI: caratteristiche degli impasti cotti Ritiro lineare Densità apparente Porosità totale Valore di ritiro più alto Densità più alta e porosità più bassa

9. RISULTATI: correlazioni tra mineralogia e chimismo Composizione mineralogica (XRD-metodo Rietveld-RIR) plagioclasio mullite quarzo amorfo Composizione chimica della fase vetrosa (sottraendo il

10 9. RISULTATI: correlazioni tra mineralogia e chimismo Composizione mineralogica (XRD-metodo Rietveld-RIR) plagioclasio mullite quarzo amorfo Composizione chimica della fase vetrosa (sottraendo il contributo delle fasi cristalline dalla composizione chimica XRF(Peso%) ,1 61,9 59,9 A B C D E SiO 2 70,8 71, ,1 70,1 50 Al 2 O 3 17,3 16,2 17,5 15,8 16 %Peso ,6 27,2 24,3 20,5 21,5 15,2 12,5 11,4 9,2 9,8 6 6,9 3,2 2,4 3 A B C D E Fe 2 O 3 0,75 1,09 0,89 1,91 1,41 TiO 2 0,8 1,07 1,03 1 1,03 MgO 0,39 0,56 0,41 0,71 1,01 CaO 1,2 1,21 0,67 1,63 1,94 Na 2 O 5,79 5,67 6,52 4,01 3,92 K 2 O 2,98 2,41 2,99 4,9 4,63

11 10. RISULTATI: microstruttura SEM-EDS mappe di distribuzione degli elementi campione A E-ematite(Fe 2 O 3 arricchitoinfe) P-plagioclasio(arricchito in Na-Ca) Q-quarzo(arricchito in Si) M-mullite(arricchito in Al)

11. RISULTATI: analisi termiche Impasto D TG DTG (derivata prima TG) DTA %Peso 101 100 99 98 97 96 95 665 C 964 C 1176 C 0,000-0,005-0,010-0,015 494 C -0,020 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

12 11. RISULTATI: analisi termiche Impasto D TG DTG (derivata prima TG) DTA %Peso C 964 C 1176 C 0,000-0,005-0,010-0, C -0, dx%peso/dt 0,00-0,05-0,10-0,15-0,20 µv/mg 494 C: deossidrilazione caolinite 665 C deossidrilazione di illite C- deossidrilazione di mica(muscovite/biotite) Ca C cristallizzazione di mullite seguito da deossidrilazione di mica sovraposizionata alla fusione dei feldspati a 1176 C Temperatura ( C)

13 12. RISULTATI ANALISI: Dilatometria ottica Curve di sinterizzazione di tutti cinque impasti + come esempio la derivata prima della curva di sinterizzazione dell impasto A α-quarzo a β-quarzo(573 C) Espansione (%) TS 1 TS 2 A A B CCB C DC DC E AE T exp de/dt(min) Temperatura ( C) 0,04 0,02 0,00-0,02-0,04 dt/de Primo step di sinterizzazione (TS 1 nel range C) Secondo step di sinterizzazione (TS 2 nelrange C) Espansione(T exp T>1270 C) de/dt T massima sinterizzazione the first contraction step is interpreted as the nucleation and crystallization ofprimarymullitefrom metakaolinite Part of the contraction above 1000 C may also be due to the collapse of the illite dehydroxylate(later stages of illitedehydroxylation) with crystallization of mulliteand viscous sintering in the presence of viscous glass A.F. Gualtieri, Journal of the American CeramicSociety, 90 (2007) 1222.

14 13. RISULTATI: Dilatometria ottica Temperatura massima di sinterizzazione (dalla derivata prima delle curve di sinterizzazione de/dt) Evento A B C D E T massima sinterizzazione ( C)

15 14. RISULTATI: Dilatometria ottica 1220 Temperatura de/dt min ( C) y = 9,9234x ,3 R² = 0,9998 A, C E D B %Peso K 2 O fase vetrosa residua

16 15. RISULTATI ANALISI: Dilatometria ottica-tg TG-DTA Impasto D Temperatura ( C) Eventi termici osservati come picchi nella curva DTA (linea rossa) si rispecchiano nella curva di sinterizzazione e il TG/DTG TG derivata prima TG (DTG) DTA dilatometria derivata prima dilatometria 496 C - deossidrilazione caolinite (TG- DTG-DTA) 573 C - α-quarzo - β-quarzo (DTAdilatometria) 665 C- deossidrilazione di illite (TG- DTG-DTA) Ca C- deossidrilazione di mica (TG-DTG-DTA) e cristallizzazione di mullite (970 C, DTA) INIZIO TS C fusione dei feldspati (TS 2, con inizio a ca C)

tramite SEM su sezione lappata IMPASTO A (PT=8±1%)

17 16. RISULTATI: microstruttura con SEM Stadio di sinterizzazione valutato dalla struttura porosa tramite SEM su sezione lappata IMPASTO A (PT=8±1%) IMPASTO D (PT=12±1%) PREVALE PORI ISOLATI PORI CONNESSI

17. RISULTATI: microstruttura con SEM-EDS EDS

gas nel vetro fuso IMPASTO A-Nanopori Ad. es.

18 17. RISULTATI: microstruttura con SEM-EDS EDS Stadio di sinterizzazione valutato dalla struttura porosa tramite SEM su sezione lappata-sviluppo di pori tramite sviluppo di gas nel vetro fuso IMPASTO A-Nanopori Ad. es. decomposizione termica di muscovite (Rodrigues-Navarro et al. Tem, studyof mullite growthafter muscovite breakdown) American Mineralogist 88 (2003) 713.) 500 nm

19 18. CONCLUSIONI E CONSIDERAZIONI FINALI Cinque impasti da gres porcellanato sono stati caratterizzati dal punto di vista fisicochimico-termico-mineralogico Il ritiro lineare e quindi la densità apparente e la porosità totale dipendono dalla quantitàdik 2 Opresentenell impasto(illite/micaek-feldspato) La porosità residua presente nei provini cotti proviene da due fenomeni distinti: 1) sinterizzazione porosità connesse e chiuse 2) decomposizione fasi illite/mica (porosità chiusa) Approccio olistico alle tecniche sperimentali per comprendere i fenomeni complessi Il K 2 O influenza le proprietà fisiche (viscosità, tensione superficiale) del vetro che si forma durante il processo di sinterizzazione(vedi teorie strutturali es. Dietzel) Na 2 O/K 2 OTeoriamixedalkalieffect*proprietàdelvetrononsonolineari *J. O. Isard Journal of Non-Crystalline Solids Volume 1,Issue 3April 1969, Pages

20 19. Grazie per l attenzione! Cristina Siligardi Dipartimento di Ingegneria Enzo Ferrari cristina.siligardi@unimore.it

21 Eq. Frenkel V/Vo = 9γt/4ηr 0 Dove γ = energia superficiale t=tempo n=viscosità r 0 =raggio particella VFT log η= A + B/(T-T 0 )

Documenti analoghi

Modello sperimentale per lo studio della sinterizzazione di un impasto da grès porcellanato

Materie prime per piastrelle ceramiche, Sassuolo, 21 Febbraio 2019 Modello sperimentale per lo studio della sinterizzazione di un impasto da grès porcellanato Cristina Siligardi Dipartimento di Ingegneria