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MINERALI INDUSTRIALI Impasti per grès porcellanato smaltato idonei per la produzione in linea continua Dott. S. Di Primio Confindustria Ceramica 22 Febbraio 2018

PUNTI TRATTATI Le caratteristiche tecnologiche degli impasti idonei per la produzione in linea continua Le modifiche agli impasti tradizionali necessarie a raggiungere i target tecnologici richiesti Dalla chimica, alla mineralogia alla microtessitura delle materie prime potassiche nazionali Le fonti tradizionali di feldspato potassico nazionale della Minerali Industriali Studio chimico-tecnologico di impasti per grès porcellanato smaltato idonei alla linea continua Conclusioni

Le caratteristiche tecnologiche degli impasti idonei per la produzione in linea continua I parametri fondamentali consigliabili per questa tipologia di impasti sono : a) Carico di rottura in verde : 8 kg/cmq b) Carico di rottura in essiccato : 30 kg/cmq c) Ritiro lineare : 7.5-8.0 % d) Assorbimento acqua : 0.02 % e) Deformazione piroplastica : 3.0 mm f) Coefficiente Dilatazione (50-400 C) : 72 x10-7 C-1

La componente dura La componente dura, costituita dall insieme di feldspati sodici, potassici, calcici e quarzo è la fondamentale responsabile del processo di sinterizzazione e del relativo comportamento piroplastico degli impasti ceramici per grès porcellanato smaltato. In particolare modo la componente potassica dei feldspati è utile ed indispensabile al fine di conferire maggiore viscosità agli impasti durante la fase di sinterizzazione e di conseguenza minore deformazione piroplastica. La produzione nazionale di grès è fortemente dipendente dall importazione di feldspati, in particolare modo sodici ed in minor misura sodici-potassici e potassici. Fortunatamente in Italia disponiamo di diverse riserve di giacimenti di feldspati potassici, sebbene di natura e composizione diverse tra loro.

Sezioni Sottili Q Granito bianco Q Granito bianco NX

Aplite NX Sezioni Sottili

Sezioni Sottili Eurite Eurite NX

Sezioni Sottili Riolite fenocristalli K-fds PV Riolite

Sezioni Sottili Gres porcellanato tecnico

Le fonti tradizionali di feldspato potassico della Minerali Industriali Piemonte : Verbania (VB) Boca (NO)

Materie prime oggetto della sperimentazione F60P - Miniera di Verbania (VB) PRODOTTO F60P ANALISI CHIMICA XRF (MEDIA %) SiO 2 77,1 Al 2 O 3 13,0 Fe 2 O 3 0,15 TiO 2 0,02 CaO 1,1 MgO 0,1 K 2 O 4,7 Na 2 O 3,4 P.a.F. (%) 0,30 MINIERA e IMPIANTO DI MACINAZIONE E SEPARAZIONE MAGNETICA

Materie prime oggetto della sperimentazione Riolite - Miniera di Boca (NO) PRODOTTO RIOLITE S1 ANALISI CHIMICA XRF (MEDIA %) SiO 2 77 Al 2 O 3 12,5 Fe 2 O 3 1,00 TiO 2 0,09 IMPIANTO DI MACINAZIONE E STOCCAGGIO CaO 0,1 MgO 0,1 K 2 O 7,3 Na 2 O 0,5 P.a.F. (%) 1,75 FRONTE DI CAVA

Materie prime oggetto della sperimentazione Argillite S PRODOTTO: ARGILLITE S ANALISI CHIMICA XRF (MEDIA %) SiO 2 69,7 Al 2 O 3 17,7 Fe 2 O 3 1,50 TiO 2 0,65 CaO 0,70 MgO 1,00 K 2 O 2,25 Na 2 O 1,75 P.a.F. (%) 4,60

Materie prime oggetto della sperimentazione Argilla Ucraina PRODOTTO: ARGILLA UCRAINA ANALISI CHIMICA XRF (MEDIA %) SiO 2 61,5 Al 2 O 3 25,2 Fe 2 O 3 1,40 TiO 2 1,23 CaO 0,21 MgO 0,48 K 2 O 1,76 Na 2 O 0,46 P.a.F. (%) 7,73

Materie prime oggetto della sperimentazione Feldspato SN6/4 Miniera di Ottana (NU) PRODOTTO Feldspato SN6/4 ANALISI CHIMICA XRF (MEDIA %) SiO 2 65 Al 2 O 3 18,1 Fe 2 O 3 0,60 TiO 2 0,65 Miniera di Ottana CaO 1,80 MgO 4,0 K 2 O 0,40 Na 2 O 7,5 P.a.F. (%) 1,85 Impianto di trattamento

Materie prime oggetto della sperimentazione Feldspato potassico di importazione PRODOTTO: Feldspato Potassico ANALISI CHIMICA XRF (MEDIA %) SiO 22 69,0 Al 22 O 33 17,0 Fe 22 O 33 0,12 TiO 22 0,02 CaO 0,40 MgO 0,06 K 22 O 10,5 Na 22 O 2,20 P.a.F. (%) 0,40

Materie prime oggetto della sperimentazione Feldspato sodico di importazione PRODOTTO: Feldspato Turco STD ANALISI CHIMICA XRF (MEDIA %) SiO 2 72,0 Al 2 O 3 17,0 Fe 2 O 3 0,15 TiO 2 0,32 CaO 0,40 MgO 0,06 K 2 O 0,40 Na 2 O 9,80 P.a.F. (%) 0,40

Composizione degli impasti Analisi chimica IMPASTO 1 IMPASTO 2 IMPASTO 3 IMPASTO 4 [%] [%] [%] [%] SiO 2 65,68 64,94 67,18 66,84 Al 2 O 3 20,42 20,74 19,49 20,32 Fe 2 O 3 1,09 1,14 1,01 0,54 TiO 2 0,75 0,8 0,67 0,54 CaO 0,37 0,38 0,4 0,56 MgO 1,39 1,86 1,36 0,32 K 2 O 2,97 1,92 2,00 3,53 Na 2 O 2,51 3,2 3,70 3,48 p.f. 4,7 4,89 4,01 3,72 Composizione ARGILLA UCRAINA 40 40 30 ARGILLITE S 20 20 20 FELDSPATO SARDO SN6/4 20 30 20 RIOLITE S1 10 10 15 F60P 19 FELDSPATO POTASSICO 10 17 FELDSPATO TURCO STD 15 FELDSPATO TURCO EXTRA 25 CAOLINO UK 6 ARGILLA UK 1 13 ARGILLA UK 2 20

Curve di sinterizzazione degli impasti Impasto 1 Impasto 2 Impasto 3 Impasto 4 Ritiro lineare % 1180 C / 1080 Tb 6,59 6,79 6,89 6,38 1190 C / 1090 Tb 6,7 6,83 7,06 6,55 1200 C / 1100 Tb 6,55 6,84 7,16 6,75 1210 C / 1110 Tb 6,49 6,9 6,96 6,88 1220 C / 1120 Tb 6,43 6,91 6,66 7,05 1230 C / 1130 Tb 6,34 6,71 6,41 7,03 1240 C / 1140 Tb 6,05 6,09 6,04 6,78 Assorbimento % 1180 C / 1080 Tb 0,41 0,3 0,29 0,44 1190 C / 1090 Tb 0,33 0,22 0,11 0,28 1200 C / 1100 Tb 0,19 0,15 0,11 0,18 1210 C / 1110 Tb 0,07 0,07 0,07 0,11 1220 C / 1120 Tb 0,07 0,07 0,07 0,09 1230 C / 1130 Tb 0,04 0,04 0,04 0,07 1240 C / 1140 Tb 0,15 0,1 0,04 0,04 7.40 7.20 7.00 6.80 6.60 6.40 6.20 6.00 5.80 5.60 5.40 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 Ritiro lineare % Tb Tb Tb Tb Tb Tb Tb 1080 C1090 C1100 C1110 C1120 C1130 C1140 C Imp. 1 Imp. 2 Imp. 3 Imp. 4 Assorbimento d'acqua % Tb Tb Tb Tb Tb Tb Tb 1080 C1090 C1100 C1110 C1120 C1130 C1140 C Imp. 1 Imp. 2 Imp. 3 Imp. 4

Prova di piroplasticità Impasti 2-3 Impasto 2 - Flexure Temperature Impasto 3- Flexure

Sintesi della caratterizzazione degli impasti Impasto 1 Impasto 2 Impasto 3 Impasto 4 VISCOSITA [sec] 23 26 18 23 C.D.R. in verde [kg/cm 2 ] 13,59 14,85 11,85 13,75 C.D.R. essiccato [kg/cm 2 ] 35,44 35,21 32,29 35,58 Ritiro % 1100 C Tb 6,55 6,84 7,16 6,75 Ritiro % 1110 C Tb 6,49 6,9 6,96 6,88 Ass. % 1100 C Tb 0,19 0,15 0,11 0,19 Ass. % 1110 C Tb 0,07 0,07 0,07 0,07 L 1100 C Tb 55,51 56,32 54,63 70,12 Deformazione piroplastica [mm] n.r. 2,7 7,9 2,6 Rapporto K 2 O/Na 2 O 1,18 0,60 0,54 1,01

Commenti sui dati raccolti Dalla sintesi dei dati è possibile affermare che il rapporto K 2 O/Na 2 O influenza significativamente il comportamento piroplastico degli impasti per grès porcellanato smaltato. Aumentando il valore del rapporto K 2 O/Na 2 O, la deformazione piroplastica diminuisce, il target di deformazione < 3 mm, viene raggiunto a valore K 2 O/Na 2 O > 0,6.

CONCLUSIONI Il costante aumento dell utilizzo della tecnologia di produzione in linea continua impone una revisione della formulazione degli impasti per grès porcellanato smaltato comunemente impiegati nella produzione tradizionale; Al fine di raggiungere i target tecnologici richiesti di bassa dilatazione e deformazione piroplastica degli impasti, le modifiche alla composizione chimica richieste sono quelle di aumentare il contenuto di allumina e potassio e diminuire il più possibile la percentuale di quarzo cristallino negli stessi; Nelle formulazione degli impasti per grès tecnico (L 72) tali target vengono raggiunti utilizzando feldspati sodico-potassici di importazione e/o feldspato potassico-sodico nazionale F60P in abbinamento ad argille e caolini di importazione di elevata qualità;

Nelle formulazioni degli impasti per grès smaltato (L intorno 60) il feldspato potassico RIOLITE S1, grazie alla sua composizione chimica (K 2 O > 7,2 %) ed alla microstruttura a fenocristalli di feldspato immersi in una pasta di fondo di silice vetrosa, risulta essere una fonte tecnicamente ed economicamente preziosa al fine di raggiungere il rapporto rapporto ideale K 2 O/Na 2 O 0,6 ed ottenere una deformazione piroplastica < 3 mm. La microstruttura della RIOLITE S1, e la silice in essa contenuta sotto forma di quarzo vetroso e non cristallino, contribuisce a limitare la percentuale di quarzo cristallino nel supporto cotto e di conseguenza a raggiungere il target di dilatazione termica 72.