L’idea di presentare un progetto a valere sullo strumento comunitario Life Ambiente è partita dallo studio preliminare del nostro ciclo di produzione dal punto di vista ambientale al fine di identificarne i punti più deboli sui quali poi intervenire per renderlo il più possibile ecosostenibile; il risultato ha portato ad identificare nei fanghi di risulta delle lavorazioni il nocciolo della questione su cui intervenire.

Anche altre aziende del settore hanno preso in considerazione il problema, da punti di vista diversi ma tutti con la stessa finalità: ridurre il quantitativo di fanghi prodotti o trovare il sistema per il loro vantaggioso riutilizzo industriale: alcuni di questi hanno addirittura trovato riscontro nell’approvazione dell’unità LIFE, aspetto che dimostra la effettiva presa di coscienza del problema a livello comunitario.

I nostri tecnici, capeggiati dal titolare dell’azienda, hanno approfondito l’argomento del riutilizzo dei fanghi nel normale ciclo produttivo delle piastrelle ceramiche, scoprendo che a renderli incompatibili è la presenza, al loro interno, dei residui degli utensili di taglio e smerigliatura che, in fase di cottura dei manufatti, creano situazioni di rottura e di deformazioni inaccettabili.

Le idee quindi si sono subito orientate verso la messa a punto di un sistema che consentisse di abradere il pezzo in lavorazione senza l’utilizzo delle tradizionali mole al carburo di silicio e simili, eliminandone pertanto i residui dai fanghi di risulta, permettendone il totale riutilizzo.

Da ricerche preliminari è risultato impossibile per ora rinunciare totalmente a tali utensili ma si è dimostrata percorribile la strada della loro drastica riduzione, consentendo comunque, con qualche piccolo accorgimento, di ottenere fanghi perfettamente utilizzabili come materia prima.

Il nuovo processo, pertanto, prevede di sottoporre le lastre ceramiche o lapidee a taglio tradizionale mediante utensili diamantati, per ottenere listelli rettangolari delle dimensioni volute. Da tale lavorazione iniziale, vengono prodotti scarti, composti per la maggior parte di polveri dei materiali tagliati, ed in minima percentuale di polveri provenienti dagli utensili di taglio. La miscela di polveri possiede un forte potere abrasivo, conferito non solo dalla presenza di particelle di diamante sintetico, ma anche dall’estrema durezza dei materiali tagliati, e dalla peculiare morfologia prismatica o piramidale delle polveri di taglio.

I fanghi di taglio, contenenti ancora un’elevata percentuale di acqua, verranno raccolti in una vasca di distribuzione, e da qui convogliati alla successiva lavorazione, quella di abrasione di uno spigolo del listello per creare il profilo bull-nose. In questa porzione della linea produttiva risiede il cuore dell’innovazione, ovvero l’utensile sostitutivo delle mole. Il gruppo di abrasione sarà composto da una linea cabinata in cui saranno installati motori elettrici controllabili in velocità mediante inverter o riduttori, ognuno dei quali monterà un utensile differente, per forma o funzione, atto a conseguire il risultato finale.

Il listello proveniente dal taglio, singolarmente o eventualmente in coppia con un analogo listello, entrerà nel gruppo di abrasione, trasportato da un nastro speciale idoneo al fissaggio dei pezzi. Il pezzo verrà quindi inizialmente sottoposto ad un’operazione di sgrossatura, ad opera di una mola abrasiva convenzionale, avente lo scopo di creare una superficie a 45° di inclinazione, ove in precedenza esisteva lo spigolo del listello. Questa lavorazione con forte asportazione di materiale, in presenza di spigolo acuminato, verrà effettuata più convenientemente con mola composita, piuttosto che con dischi polimerici, che potrebbero risultare danneggiati dal contatto con lo spigolo tagliente. Inoltre, in questa fase, i fanghi prodotti presenteranno un elevato contenuto di abrasivo, in grado di assicurare il buon esito delle lavorazioni successive, ad opera dei dischi pressori. Successivamente alla sgrossatura, il pezzo incontrerà un secondo utensile, costituito da un disco pressore in materiale polimerico, sagomato in modo da esercitare una maggiore pressione su uno dei due spigoli creati dall’intersezione del piano a 45° con gli originali lati del listello. Il disco presenterà un profilo arrotondato, di geometria prossima a quella del bull-nose da creare, ma non ancora completamente definita. L’impossibilità di procedere direttamente all’ottenimento della geometria desiderata deriva dalle diverse pressioni di contatto che agirebbero all’interfaccia tra utensile e pezzo in lavorazione, che comporterebbero un effetto abrasivo non uniforme, e quindi una deviazione dal profilo desiderato.

Il disco polimerico, privo di asperità e non abrasivo, verrà posto in contatto con l’area di lavoro, mediante l’applicazione di una pressione costante, ma regolabile agendo su elementi di carico atti ad alterare la distanza tra asse di rotazione del disco e la superficie stessa. Sulla parte superiore del disco, perpendicolarmente alla zona da abradere, sarà disposto un ugello distributore del fango abrasivo proveniente dal taglio e recuperato dalla prima stazione di levigatura. Il fluido, che per gravità o sotto pressione andrà a disporsi all’interfaccia tra disco e superficie di lavoro, verrà trasportato nella zona di contatto, strisciando sotto l’azione esercitata dalla rotazione del disco. La pressione di contatto, determinata dagli elementi di carico, farà si che abbia luogo l’abrasione, mediante il tracciamento di piccoli microsolchi, la cui definizione dipenderà dai parametri di processo.

Un ulteriore disco polimerico, posto successivamente al primo, effettuerà un’analoga lavorazione sul secondo spigolo ottenuto nella sgrossatura iniziale, ma in maniera più blanda, essendo il profilo bull-nose similare ad un ramo di parabola orizzontale, la cui curvatura cresce all’avvicinarsi al margine esterno del pezzo. Due ulteriori sistemi a disco polimerico, ed uno a mola potranno ultimare la lavorazione o duplicare la precedente, con angoli di lavoro differenti, al fine di prevenire la creazione di profili spezzati e di realizzare un lieve smusso anche sullo spigolo opposto a quello bull-nose.

Al procedere del trattamento, le polveri utilizzate assumeranno via via una forma più arrotondata ed una granulometria più fine. Le particelle di abrasivo, tuttavia, in virtù della maggiore durezza, risentiranno in maniera minore del fenomeno, cosicché le polveri in circolo tenderanno ad arricchirsi di abrasivo, e ad impoverirsi di materiale ceramico abraso, il quale potrà essere facilmente separato dal flusso delle acque di processo. Così facendo, parallelamente alla prevenzione della produzione di fanghi ed al reimpiego dell’abrasivo, si otterrà anche una differenziazione del rifiuto, che allo stato attuale non risulta fattibile né con metodi gravimetrici né chimici.

Il nuovo sistema pertanto, risolverà in maniera brillante e definitiva il problema della produzione e dello smaltimento dei fanghi di levigatura della produzione di bull-nose, in quanto, a seguito di filtro-pressatura, il solo refluo in uscita sarà costituito da polveri ceramiche inerti con concentrazioni minime di composti abrasivi.

OBIETTIVI

Obiettivo principale del progetto è la drastica diminuzione della produzione dei rifiuti costituiti dai fanghi di levigatura, derivanti dalle lavorazioni abrasive su listelli ceramici per la realizzazione di bull-nose. A tal fine, verrà messo a punto un innovativo sistema di levigatura semi-autogeno, in cui le particelle abrase, insieme a particelle abrasive distaccate dagli utensili a monte, verranno reimpiegate tal quali nella lavorazione delle lastre ceramiche. Verrà così sostituita la maggior parte delle attuali mole abrasive con dischi polimerici in grado di esplicare una forte pressione di contatto con il pezzo in lavorazione, interponendo nel meato la dispersione di polveri abrase ed abrasive recuperate nella parte iniziale del ciclo produttivo. Parallelamente, il consumo idrico e di mole abrasive verrà drasticamente abbattuto, e la progressiva comminuzione delle polveri ne agevolerà il riciclo, in qualità di inerti per sistemi cementizi o entro sinterizzati a basse temperature

ATTIVITÀ

Il conseguimento degli obiettivi richiederà:

- Individuazione di materiali polimerici avanzati, antiusura, scarsamente deformabili, per la realizzazione dei dischi pressori

- Studio e progettazione di collettore di fanghi revenienti dalle operazioni a monte della levigatura (taglio) e del relativo sistema di trasporto dei fanghi verso il gruppo di abrasione

- Studio e progettazione di recuperatore dei fanghi abrasivi entro il gruppo di abrasione, con selezionatore granulometrico

- Studio e progettazione di ugello distributore dei fanghi abrasivi sull’intero profilo del disco

- Dimensionamento del dispositivo di applicazione del carico al disco e del fissaggio del gruppo motore, con distanza variabile tra albero e superficie di lavoro

- Realizzazione di prototipo di disco polimerico con abrasivo a caduta e prove di funzionamento su superfici con caratteristiche tribologiche note

- Caratterizzazione delle polveri abrasive in funzione del numero di passate e determinazione della vita utile delle stesse

- Definizione di specifiche di riciclaggio delle polveri giunte a fine vita utile

- Diffusione dei risultati tra le aziende del settore ceramico e dei settori potenzialmente beneficiari, nonché dello strumento Life al fine di sensibilizzare al problema gli operatori economici.

Le tematiche trattate riguardano la caratterizzazione dei fanghi revenienti da processi di levigatura abrasiva su materiali ceramici, la prevenzione della produzione degli stessi mediante interventi sul ciclo produttivo, e la messa a punto di un sistema per la loro valorizzazione, entro il medesimo gruppo di lavorazione entro cui sono stati generati. Le tematiche coinvolte si estenderanno inoltre fino a comprendere l’intero ciclo di vita del rifiuto, fino all’individuazione delle corrette procedure di riciclo delle polveri non più utilizzabili in processi abrasivi.

AVANZAMENTO

Il progetto è partito dall’analisi bibliografica e sul campo dei fanghi risultanti dalle lavorazioni ceramiche svolte all’interno dell’azienda. Dovendo infatti lavorare diverse tipologie di materiali (gres, monocottura e bicottura), anche i sottoprodotti di lavorazione risultano di composizioni diverse fra loro; è stato necessario capire pertanto, prima di intraprendere definitivamente questa strada, la loro l’utilizzabilità come abrasivi nel nostro nuovo sistema oppure l’opportunità di separarli per poter impiegare solamente quelli più duri e resistenti. Dalle ricerche svolte è stata confermata la già ipotizzata possibilità di utilizzare tutti i tipi di fanghi, essendo essi compatibili con le lavorazioni ed il riciclaggio finale. Si è comunque appurata una certa differenza nella resistenza all’abrasione dei diversi componenti, la quale comunque non rappresenta un ostacolo: i materiali più duri rimangono nel circuito e fungeranno da abrasivo per più cicli lavorativi; i materiali più teneri, come già previsto, verranno utilizzati solo per alcuni cicli, dopo di che verranno separati in modo naturale, essendosene nel frattempo ridotto il diametro, inviati al raccoglitore dei fanghi e poi riciclati in altre produzioni.