ITFI940157A1 - Processo per la preparazione di materiali ceramici utilizzando reflui di amianto e materiali ceramici cosi' ottenuti - Google Patents
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Abstract
E' descritto un processo che consente di preparare materiali ceramici aventi particolari proprietà utilizzando reflui di amianto ed i materiali ceramici così ottenuti.
Description
Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo :
"Processo per la preparazione di materiali ceramici utilizzando reflui di amianto e materiali ceramici così ottenuti"
1. Campo dell'invenzione
La presente invenzione si riferisce ad un processo che consente di preparare materiali ceramici aventi particolari proprietà utilizzando reflui di amianto ed ai materiali ceramici così ottenuti.
2. Arte anteriore e sommario dell'invenzione
Viene definito amianto o asbesto, qualsiasi minerale che, opportunamente preparato, fornisce fibre utilizzabili per essere filate e resistenti al calore. Questa definizione viene soddisfatta principalmente da sei specie minerali: l'amianto di serpentino o crisotilo e cinque anfiboli: la crocidolite, l'amosite, l 'antofillite , la tremolite e l'actonolite (i primi due sono nomi commerciali che indicano rispettivamente le miscele di anfiboli riebekite-glaucofane e le miscele di cummingtonite e grunerite).
Il crisotilo è senz'altro l'amianto più usato al mondo: da solo rappresenta il 93% del totale usato.
L'amianto entra nella composizione di oltre 3000 prodotti come componente principale (ad esempio cemento-amianti , cartoni-amianto, materiali per coibentazione, freni, frizioni, tessuti) ed in molti altri come componente accidentale (ad esempio talchi).
Le scorie a base di amianto devono essere smaltite in discariche di tipo adatto per rifiuti tossici e nocivi ed il loro costo di stoccaggio è elevatissimo senza contare i problemi ambientali che ne derivano, è ovvio quindi quanto sarebbe vantaggioso poter riciclare dette scorie eliminando cosi (o almeno riducendo drasticamente) i problemi connessi con la loro eliminazione.
3.Descrizione della figura
La figura allegata riporta lo spettro XRD del materiale di partenza e dei prodotti ottenuti utilizzando un diffrattometro Siemens D-500, radiazione Cu-ka, 35 kV, 40 mA in cui:
1 - Spettro del materiale di partenza macinato fino a dimensioni delle particelle di 25 um
2 - Spettro del campione ottenuto per compressione del materiale di partenza a 7 ton/cm2 e arrostito per due ore a 1000’C
3 - Spettro di campione ricotto a 900°C per 14 ore
In Figura sono adottati i seguenti simboli.
Fo = Forsterite - olivina
En = Pirosseno enstatitico
CR = crisotilo
4. Descrizione dettagliata dell'invenzione
E' stato ora trovato, ed è oggetto della presente domanda, che è possibile utilizzare le scorie contenenti amianto in un opportuno processo per la preparazione di materiali ceramici di interesse tecnologico.
Il materiale di partenza (costituito da scorie contenenti amianto) opportunamente preparato, e con il controllo dei parametri temperatura e tempo di cristallizzazione viene quindi trasformato in prodotti aventi determinate caratteristiche mineralogiche e fisiche.
Fra i materiali di rifiuto contenenti amianto utilizzabili per il processo secondo la presente invenzione si possono ricordare, ad esempio, pannelli in cartone amiantato, pannelli di insonorizzazione in amianto, pannelli in fibrocemento, materiali applicati a spruzzo a base di amianto, materiali di preparazione per frizioni e freni, tessuti in amianto.
Le scorie vengono preventivamente macinate; per evitare il rilascio di fibre durante la macinazione è necessario macinare le scorie in ambiente umido in presenza di acqua. A seconda del tipo di materiale ceramico che si vuole ottenere il fango proveniente dalla macinazione viene direttamente inviato alla fase di arrostimento o è previamente colato negli stampi e compresso nelle forme volute. Alla fase di arrostimento può eventualmente seguire una fase di ricottura.
La granulometria influenza moltissimo la velocità di trasformazione dell'amianto in materiale ceramico, generalmente si opera in modo da ottenere particelle di dimensioni comprese fra 0.1 e 150 um, preferibilmente inferiori a 25 um..
L'eventuale stampaggio è operato applicando una pressione compresa fra 200 e 7000 kg/cm<2>.
La pressione utilizzata influisce sulla coesione delle particelle e quindi sulla porosità e densità del materiale finale. Se il prodotto finale deve avere un'elevata porosità, e quindi basso peso specifico, si opera preferi.bi.lmente a basse pressi.oni. (200 - 400 kg/cm 7 ); viceversa per avere un prodotto pesante e a bassa porosità si richiedono pressioni più elevate (1000 - 7000 kg/cm<2>). Se nelle scorie trattate è presente del ferro questo tende a diminuire la temperatura di fusione del prodotto ceramico ottenuto; per evitare ciò si può introdurre nella miscela iniziale materiale carbonioso che riduce a magnetite il ferro presente nel materiale di partenza.
Anche l'eventuale presenza di zolfo nel materiale di partenza può produrre effetti indesiderati; lo zolfo inorganico può essere eliminato mediante una serie di lavaggi, da effettuarsi sul materiale prima dell'arrostimento mentre lo zolfo legato viene eliminato con i trattamenti specifici noti nell'arte.
L'arrostimento è effettuato a temperatura compresa fra 700" e 1100 "C (preferibilmente 950°C) utilizzando forni tipo muffola, preferibilmente tubolari visto che questi consentono una esecuzione in continuo del processo.
La temperatura di arrostimento deve essere comunque superiore a 650°C e inferiore a 1300°C temperatura alla quale i componenti sinterizzano spontaneamente avvicinandosi alla fusione.
L'eventuale ricottura è effettuata in forni analoghi a temperatura inferiore di circa 200° - 300°C a quella utilizzata per l'arrostimento; il tempo di ricottura è normalmente compreso fra 1 e 6h, tuttavia si è notato come un prolungamento del tempo di ricottura fino a 14 h non ha sostanzialmente modificato la natura del prodotto ottenuto (vedi Figura). Dalle prove sperimentali e dalle analisi di diffrazione ai raggi X dei campioni ottenuti risulta che il trattamento di arrostimento alle temperature indicate provoca la trasformazione del crisotilo macinato in forsterite e silice secondo la reazione:
ed inoltre si ha una reazione della forsterite con la silice con formazione immediata di enstatite secondo la reazione:
L arrostimento porta quindi alla deidrossilazione del crisotilo e alla sua trasformazione in forsterite ed indirettamente enstatite, si ottiene cosi un materiale dotato di elevata porosità e con elevata temperatura di rammollimento: in questo senso il materiale ottenuto può definirsi un ceramico.
Operando come indicato sopra i cristalli di forsterite crescono in modo orientato lungo la direzione di allungamento del crisotilo.
Questa caratteristica viene accentuata dall'azione della pressione nei materiali sottoposti a preventivo stampaggio. Le analisi SEM (microscopio elettronico a scansione) mostrano una compattezza elevata del materiale anche dopo il trattamento termico. La preventiva compressione del materiale (nella fase di stampaggio) produce una sfaldabilità secondo piano paralleli caratteristica che viene mantenuta anche dopo l'arrostimento e la conseguente ricristallizzazione del materiale fuso, segno di una iso-orientazione dei cristalli di forsterite ed enstatite formatisi.
Detta sfaldabilità viene a mancare se il fango ottenuto dalla macinazione viene arrostito e successivamente compresso.
Il materiale cosi ottenuto presenta quindi spiccate anisotropie meccaniche. L'azione di compressione conferisce al materiale ottenuto una anisotropia nelle caratteristiche meccaniche in senso perpendicolare all'orientazione dei cristalli mentre lo stesso materiale, non compresso, mostra orientazioni casuali.
Il tempo di ricottura è compreso fra 1- 5 ore.
Una caratteristica interessante è la possibilità di orientare la qualità del materiale ottenuto modificando il tempo di cristallizzazione; è infatti possibile, variando il tempo di cristallizzazione dopo la ricottura modificare la percentuale di enstatite.
Le ceramiche ottenute ad alta percentuale di enstatite sono utilizzabili come dielettrico avendo un bassissimo fattore di potenza ed una rigidità dielettrica superiore ai 15 kV/cm o come isolatori e supporti in sistemi per alte temperature, le ceramiche ad alto contenuto di forsterite sono generalmente applicate in circuiti a micro-onde ed in applicazioni particolari dove si richiedano elevati coefficienti di dilatazione termica che si adattano a quelli di diversi metalli. Considerando la continua ricerca di materiali nuovi nel campo delle ceramiche l'uso dei materiali reflui a base di amianto si offre come valida ed economica alternativa ai materiali tradizionali.
4.Descrizione della figura
La figura allegata riporta lo spettro XRD del materiale di partenza e dei prodotti ottenuti utilizzando un diffrattometro Siemens D-500, radiazione Cu-ka, 35 kV, 40 mA in cui:
1 - Spettro del materiale di partenza macinato fino a dimensioni delle particelle di 25 um
2 - Spettro del campione ottenuto per compressione del materiale di partenza a 7 ton/cm2 e arrostito per due ore a 1000°C
3 - Spettro di campione ricotto a 900 “C per 14 ore
In Figura sono adottati i seguenti simboli.
Fo = Forsterite - olivina
En = Pirosseno enstatitico
CR = crisotilo
ESEMPIO
Il materiale iniziale utilizzato è costituito da un pannello in cartone-amianto nel quale la percentuale di crisotilo supera il 60% ed il resto è costituito da fibre organiche e collanti.
Il campione di rifiuto (100 gr) è stato sminuzzato in un mulino a mascelle e macinato in un mulino a sfere in presenza di acqua in ragione del 10% in peso. La macinazione è stata continuata per 120 secondi ottenendo un materiale con granulometria D80 = 20,62 um.
La miscela è stata essiccata fino alla riduzione in peso del 20% e sottoposta ad una pressione di 350 kg/cm2, quindi sottoposta ad un riscaldamento a 1000 "C per 2 ore e ricottura a 900 °C per 6 ore.
La densità e porosità del materiale finale ottenuto sono: d = 3,192 g/cm3
n = 6,9%
Il materiale finale presenta un colore grigio-verde chiaro ed una spiccata suddivisione in lamelle.
All'osservazione al microscopio elettronico appare una struttura formata da fasi cristalline allineate a formare pseudo-fibre di olivina e clinoenstatite.
Claims (7)
- RIVENDICAZIONI 1. Processo per la preparazione di materiali ceramici utilizzando reflui di amianto in cui: scorie contenenti amianto vengono macinate in presenza di acqua ed i fanghi così ottenuti vengono arrostiti, eventualmente previo stampaggio, a temperatura compresa fra 700 e 1100 <°>C ed eventualmente ricotti a una temperatura inferiore di circa 200° - 300<°>C a quella utilizzata per l 'arrostimento.
- 2 . Processo secondo la rivendicazione 1 in cui le scorie sono macine in mulino a sfere fino ad ottenere particelle di dimensioni dimensioni comprese fra 0.1 - 150 um.
- 3. Processo secondo la rivendicazione 2 in cui le particelle hanno dimensioni inferiori a 25 um.
- 4. Processo secondo la rivendicazione 3 in cui i fanghi provenienti dalla macinazione vengono direttamente arrostiti.
- 5. Processo secondo la rivendicazione 3 in cui i fanghi provenienti dalla macinazione vengono compressi a pressioni comprese fra 200 e 7000 kg/cm2.
- 6. Prodotti ceramici aventi spiccata anisotropia meccanica ottenuti secondo il processo della rivendicazione 4.
- 7. Prodotti ceramici aventi spiccata anisotropia meccanica ottenuti secondo il processo della rivendicazione 5.
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