ITMI990140A1 - Procedimento per la preparazione di un premiscelato di un impasto e di articoli idonei all'ottenimento di gres porcellanato e prodotti otten - Google Patents

Description

Descrizione di un'invenzione industriale a nome:

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento per la preparazione di un premiscelato, di un impasto e di articoli idonei all'ottenimento di grès porcellanato e prodotti ottenibili mediante tale procedimento.

E' noto agli esperti del ramo che l'unico composto del calcio (Ca) utilizzato nell'industria ceramica è il silicato di calcio, che si trova in natura sotto forma di wollastonite, un minerale presente in giacimenti a cielo aperto, che possono tuttavia essere anche di notevole consistenza, come ad esempio in Cina e in America settentrionale.

In Italia, nel comprensorio della ceramica della provincia di Modena, la wollastonite è utilizzata, finemente macinata, al fine di ottimizzare la fusibilità degli smalti. Essa ha un costo piuttosto elevato, soprattutto a causa del trasporto.

Negli U.S.A. alcune industrie ceramiche producono, con buoni risultati, un prodotto ceramico simile al grès porcellanato, inserendo nell'impasto percentuali significative di wollastonite.

Poiché in Italia la wollastonite non è presente in quantità apprezzabile e/o non è convenientemente estraibile, si era pensato di sostituirla con altri prodotti più economici contenenti silicato di calcio. In particolare dagli altoforni per l'estrazione del ferro impiegati nell’industria siderurgica si ottiene anche un prodotto denominato loppa, che contiene quasi il 50% di silicato di calcio, utilizzato come materia prima nella produzione di cementi e nell'industria del vetro.

Si era pertanto pensato di produrre grès porcellanato utilizzando loppe d'altoforno, al posto della sopra citata wollastonite.

Dalle prove effettuate da vari produttori, si è tuttavia visto che l'utilizzo - nell'impasto - di loppe d'altoforno, crea problemi di fusibilità e, ancor prima, di macinazione. Infatti le loppe contengono anche calce viva (CaO) e carbonato di calcio (caC03), per cui in fase di macinazione, che avviene in condizioni umide, vengono assorbiti grandi quantitativi d'acqua che servono per spegnere la calce. Il risultato è che si ottiene una barbottina poco densa, con tutti gli inconvenienti ben noti agli esperti del ramo e che la rendono economicamente inutilizzabile.

Per quanto riguarda la fusibilità di un impasto contenente loppe d'altoforno, i carbonati in esse contenuti provocano una fusione praticamente immediata, mentre la calce, anch’essa presente nella loppa, fonde a ~1700"C. Il risultato è che l'impasto o fonde troppo presto o non fonde per niente, per cui andrebbero adottati accorgimenti e tecniche di utilizzo che, oltre a contemplare modifiche sostanziali della composizione dell'impasto di partenza comporterebbero, conseguentemente, una radicale revisione delle metodologie di lavorazione attuali.

I problemi tecnici descritti hanno reso evidente l'impossibilità di inserire negli impasti le loppe d’altoforno, distogliendo l'attenzione degli esperti del settore e portando all'accantonamento di tali ipotesi di lavoro.

Percentuali estremamente ridotte (circa 1-3%) di loppe sono in effetti presenti, talvolta, in alcuni prodotti fondenti in polvere, reperibili sul mercato (detti premiscelati) e utilizzati come additivi dei fondenti negli impasti comunemente utilizzati in modo tale che l'impasto risultante idoneo alla produzione di piastrelle a monocoltura possa essere prodotto in modo usuale, riducendo solo relativamente, inoltre, i costi dell'impasto di partenza.

Esiste pertanto fra gli esperti del settore ceramico la comune, ben radicata convinzione secondo la quale non è possibile ottenere grès porcellanato partendo da un impasto contenente percentuali significative (maggiori del 20%) di loppe d'altoforno.

Uno scopo della presente invenzione è di realizzare un impasto per la produzione di grès porcellanato, che contenga percentuali significative (maggiori del 20%) di loppe d'altoforno.

Un altro scopo dell'invenzione è di ottenere un premiscelato contenente percentuali significative (maggiori del 20%) di loppe d'altoforno, essendo sufficiente aggiungere al premiscelato dell’argilla per ottenere l'impasto di cui sopra.

Un ulteriore scopo consiste nel realizzare un impasto che permetta di ottenere grès porcellanato anche mediante un normale impianto adatto per produrre materiali ceramici del tipo a monocottura, senza che sia necessario apportare all'impianto alcuna modifica, utilizzando gli stessi essiccatoi presse e forni.

Gli scopi sopra precisati, assieme ad altri che risulteranno evidenti dalla comprensione della presente descrizione, vengono raggiunti grazie ad un procedimento per la preparazione di un premiscelato idoneo all'ottenimento di grès porcellanato che comprende la miscelazione di una loppa d'altoforno, avente la seguente composizione espressa come percentuali in peso:

e tale che contenga ferro e zolfo, in qualunque stato di ossidazione, rispettivamente in percentuale in peso inferiore a 0,3% e 0,5%, carbonati in percentuale in peso inferiore a 7% e scorie di fonderia e/o metalli pesanti (ad esempio, cromo, cadmio, piombo, titanio), in qualunque stato di ossidazione, in percentuale in peso inferiore a 10~<7>, con una sabbia silicea, che comprende ferro, in qualunque stato di ossidazione, in percentuale in peso inferiore a 0,3, silicati di potassio e/o sodio, complessivamente, in percentuale in peso fra 1 e 5, allumina in percentuale in peso fra 2 e 8, tale che la sabbia presenti un punto di fusione compreso fra 1100 e 1120eC, dove la loppa e la sabbia sono presenti, rispettivamente, in un quantitativo pari al 60-70% e 30-40%, e tale che la miscela risultante presenti la seguente composizione, espressa come percentuali in peso: silice 20-40 silicato di sodio 1-2 silicato di potassio 1 , 5-3 silicato di calcio 40-50 allumina 9-12

ossido di magnesio < 5

ossido di calcio < 6 carbonato di calcio < 4 , 5

ferro < 0 , 3

zolfo < 0, 5

E' preferibile che la loppa presenti una granulometria comparabile a quella della sabbia silicea; convenientemente, le dimensioni delle particelle che costituiscono la loppa sono inferiori a 1 mm, mentre quelle che costituiscono la sabbia sono comprese tra 0,1 e 0,8 mm. Nel caso di una maggior finezza della sabbia è consigliabile, in generale, una granulometria della loppa ridotta rispetto al massimo sopra indicato.

L'allumina e i silicati di potassio e/o sodio, presenti nella sabbia silicea possono anche provenire da prodotti naturali di cava quali, ad esempio, caolini o feldspati.

Il premiscelato ottenibile secondo il procedimento sopra descritto è nuovo e potrà essere posto direttamente in commercio per essere acquistato dai produttori di grès porcellanato e di monocottura.

La loppa dovrà, generalmente per ragioni ecologiche, essere esente da tracce significative di scorie di fonderia e anche da metalli pesanti quali cromo, cadmio e piombo (in totale scorie e/o metalli in un quantitativo < 10<-7>% in peso); le enormi quantità di loppa impiegate in un impianto avente una normale capacità produttiva di grès porcellanato, in cui si usasse un premiscelato comprendente scorie e/o metalli o comunque non rispondente alla composizione precedentemente indicata, provocherebbero un inquinamento ambientale non ammesso dalle normative.

Nel caso particolare in cui si volesse ottenere un grès porcellanato giallastro, le loppe potranno anche contenere ossidi di titanio.

Un ulteriore oggetto della presente invenzione è costituito da un procedimento per la preparazione di un impasto idoneo all'ottenimento di grès porcellanato che comprende:

(a) la miscelazione di un premiscelato ottenibile secondo il procedimento sopra descritto, in un quantitativo pari a 65-75% in peso, con un fluidificante per calcestruzzi selezionato fra quelli di tipo acrilico, in un quantitativo compreso fra 0,5 e 1,0% in peso rispetto al peso secco del premiscelato, o di sodio tripolifosfato in un quantitativo compreso fra 0,9 e 1,1% in peso rispetto al peso secco del premiscelato, in modo da ottenere la miscela corrispondente;

(b) la macinazione, in condizioni umide, della miscela risultante dalla fase (a), in modo da ottenere il macinato corrispondente;

(c) l’addizione, al macinato risultante dalla fase (b), di argilla bianca da porcellanato, opzionalmente precedentemente disciolta in acqua, in un quantitativo pari a 30-50% in peso rispetto al peso secco del premiscelato, in modo da ottenere una barbottina;

(d) l'atomizzazione della barbottina risultante dalla fase (c) in modo da ottenere l'atomizzato corrispondente.

Il procedimento per la preparazione di un impasto idoneo all'ottenimento di grès porcellanato secondo l'invenzione permette di utilizzare quantitativi di acqua estremamente ridotti rispetto a quanto noto nel settore.

L'impasto ottenibile mediante il procedimento appena descritto è nuovo.

Un altro oggetto dell'invenzione consiste in un procedimento per la preparazione di articoli idonei all'ottenimento di grès porcellanato che comprende la pressatura dell'atomizzato risultante dalla fase (d) del procedimento per preparare l'impasto sopra descritto, ad una pressione pari ad almeno 300 kg/cm<2>, in modo da ottenere un articolo crudo.

Gli articoli ottenibili mediante il procedimento appena descritto sono nuovi.

E' noto nel settore che aumentando la pressione di pressatura si innalza la temperatura di inizio fusione e che le attuali presse per la produzione di grès porcellanato adottano pressioni anche di 500 kg/cm<2>, mentre per la produzione di monocottura si usano pressioni varianti da 300 a 350 kg/cm<2>. L'impasto ottenibile secondo la presente invenzione permette di ottenere grès porcellanato completamente fuso esercitando una pressione pari ad almeno 300 kg/cm<2>; risulta pertanto possibile realizzare il procedimento per la preparazione di articoli idonei all'ottenimento di grès porcellanato dell’invenzione anche con presse adatte alla produzione di monocottura e ottenere articoli che presentano una fusione totale.

E' anche un oggetto della presente invenzione un procedimento per la preparazione di grès porcellanato che comprende la cottura degli articoli ottenuti secondo il procedimento appena descritto, in particolare ad una temperatura compresa tra 1190 e 1210’c con cicli di lavorazione compresi fra 50 e 60 minuti.

Il grès porcellanato ottenibile mediante tale procedimento è nuovo e presenta caratteristiche vantaggiose rispetto al grès procellanato in commercio; in particolare, il grès ottenuto secondo l'invenzione permette di utilizzare anche impianti adatti alla monocottura e risulta interamente fuso.

Infatti, il premiscelato e l’impasto della presente invenzione permettono, come già descritto, di ottenere la fusione degli articoli formati con detti premiscelato e impasto, già ad una temperatura di 1190-1210 "C con cicli di lavorazione pari a 50-60 minuti. Ciò consente di ottenere grès porcellanato mediante un normale impianto adatto per produrre materiali ceramici del tipo a monocottura, dove le temperature variano mediamente fra 1170 e 1195"C con cicli di 40-50 minuti, senza che sia necessario apportare all'impianto alcuna modifica ed evitando di operare alle più elevate temperature, -in genere fino a 1245“C-, normalmente utilizzate nella produzione del grès porcellanato.

Come è noto agli esperti del settore, i prodotti di grès porcellanato attualmente sul mercato presentano uno strato superficiale completamente greificato solo per qualche decimo di millimetro, mentre l'interno risulta non completamente fuso.

Gli articoli di grès porcellanato ottenibili mediante la presente invenzione, grazie alla loro totale fusibilità, oltre a presentare una elevata resistenza all'abrasione, conservano la loro impermeabilità nel tempo, a differenza di quanto accade con gli articoli di grès porcellanato ottenuti secondo le procedure convenzionali, anche quando, in seguito a levigatura, anche profonda, o per usura, non è più presente lo strato superficiale.

Questa notevole caratteristica del grès porcellanato ottenibile grazie alla presente invenzione, permette di utilizzarlo vantaggiosamente anche per esterni e per rivestire vasche e piscine poiché risulta possibile, inoltre, eliminare i trattamenti con prodotti impermeabilizzanti siliconici utilizzati per il grès porcellanato levigato attualmente prodotto.

Ancora, l'elevata resistenza meccanica degli articoli crudi ottenuti per pressatura dell'atomizzato ricavato dall’impasto secondo la presente invenzione garantisce: ridotte rotture degli stessi durante la loro movimentazione; la possibilità di ridurre gli spessori di tali articoli e di realizzare articoli di grande formato senza cambiare l'impasto o là pressione di pressatura.

La figura 1 riporta la curva di greificazione, o di fusione, di articoli ottenuti attuando il procedimento dell'invenzione (curva a tratto continuo) e di articoli di grès porcellanato convenzionale in commercio (curva tratteggiata): in ascissa è indicata la temperatura, espressa in °C, mentre in ordinata è indicato l'assorbimento di acqua, determinato per bollitura degli articoli in acqua per 24 ore ed espresso come percentuale di incremento di peso.

La figura 2 riporta la curva di ritiro di articoli ottenuti attuando il procedimento dell'invenzione (linea a tratto continuo) e di articoli di grès porcellanato convenzionale in commercio (curva tratteggiata): in ascissa è indicata la temperatura espressa in °C mentre in ordinata è indicato il ritiro percentuale che esprime il rapporto percentuale fra l'area delle superfici degli articoli durante e prima la cottura.

Il ritiro degli articoli secondo l'invenzione, che, come si osserva, durante la cottura è estremamente uniforme e lento, garantisce: percentuali molto elevate di articoli di prima scelta e la possibilità di lavorazioni particolari quali, ad esempio, lavorazioni a rilievo, adesione di ulteriori sostanze sulla superficie, serigrafie ecc.

Un ulteriore, significativo, vantaggio è che il peso specifico del grès porcellanato che si ottiene con 1'impasto secondo la presente invenzione è circa del 5% inferiore rispetto a quello ottenuto con materie prime convenzionali {l'impasto ottenuto attuando il procedimento dell'invenzione ha un peso specifico di circa 23 g/cm^ contro i circa 25 g/cm-3 delle miscele convenzionali), con benefici per il trasporto e il confezionamento dei prodotti ottenuti .

Altri notevoli vantaggi concernono la possibilità di produrre grès porcellanato a costi molto più bassi degli attuali, essendo la materia prima utilizzata meno costosa, l’assoluta invariabilità della qualità delle materie prime e la loro inesauribilità, la possibilità, per aziende che producono solo monocottura, di passare alla produzione di grès porcellanato senza modificare gli impianti, poiché l'attuazione della presente invenzione rende possibile la conversione, pressoché istantanea, di un impianto che produce monocottura in uno per la produzione di grès porcellanato e viceversa.

Il seguente esempio illustra l'invenzione senza limitarla.

ESEMPIO

Con 4,5 kg di loppa d'altoforno, vagliata per ottenere una granulometria della stessa non superiore a 1,0 mm e 2,5 kg di sabbia silicea con granulometria compresa tra 0,1 e 0,8 mm, viene ottenuta un premiscelato avente la seguente composizione percentuale in peso:

silice 30

silicato di sodio 1

silicato di potassio 1 , 5

silicato di calcio 45

allumina 10

Ossido di magnesio 4

Ossido di calcio 3

Carbonato di calcio 4

Ossidi di ferro 0 , 1

Solfati 0 , 3

Tale premiscelato è stato macinato addizionando 35 g di Glenum<™>21, un superiluidificante di tipo acrilico prodotto dalla MAC S.p.À., e 2,5 1 di acqua e, successivamente, 3 kg di argilla bianca per grès porcellanato in modo da ottenere una barbottina. La barbottina viene sottoposta a filtrazione su setaccio a 10000 fili e il residuo risultante, essiccato e pesato, risulta inferiore all'1% in peso rispetto al peso iniziale delle materie prime essiccate utilizzate per l'impasto.

Con la barbottina filtrata si è poi proceduto all'atomizzazione mediante un atomizzatore LA/250 della Ceramic Instruments, ottenendo un atomizzato avente un 5-6 % in peso di umidità, successivamente pressato a 300 kg/cm2, in presse per piastrelle a monocottura, ottenendo articoli aventi un diametro pari a 40 min e uno spessore pari a 5 mm.

Una parte degli articoli così ottenuti sono stati cotti in un forno a muffola a gradiente (T=1160-1240°C) , al fine di ricavare le relative curve di greif icazione e di ritiro, riportate rispettivamente nelle allegate figg. 1 e 2; l'altra parte degli articoli ottenuti è stata invece cotta in un forno da monocottura con un ciclo di lavorazione pari a 50 minuti, a 1195’C. Entrambe le modalità di cottura hanno portato all’ottenimento di articoli di grès porcellanato aventi le stesse caratteristiche.

Come è noto agli esperti del settore, la curva di greificazione o di fusione si ottiene misurando l'assorbimento in peso percentuale di acqua di vari campioni standard cotti a temperature gradualmente diverse. Nel diagramma di fig. 1 sulle ascisse è riportata la temperatura, espressa in ‘c, e sulle ordinate l'assorbimento di acqua, espresso come il rapporto percentuale in peso, dei campioni suddetti prima e dopo la bollitura in acqua per 24 ore. Come riportato nella stessa figura con linea tratteggiata, la curva di greificazione di un convenzionale grès porcellanato parte da un assorbimento del 15-18%, per una temperatura di 1160’C, e diminuisce abbastanza regolarmente per ridursi ad assorbimento nullo ad una temperatura di circa 1223’C (temperatura immediatamente precedente alla deformazione).

Riportando sullo stesso diagramma la curva (a tratto continuo) di greificazione degli articoli ottenuti attuando il procedimento dell'invenzione, si vede che tale curva ha un andamento decisamente diverso che, pur partendo da un assorbimento attorno al 17% per una temperatura di 1160°C, si mantiene sostanzialmente costante fino a circa 1180.°C, per poi passare in circa 10-15°C allo stato completamente fuso (assorbimento nullo) pur mantenendo i campioni ancora per 30-40°C la propria forma prima che inizi la deformazione degli stessi. Ciò si può notare dalla curva di ritiro di fig. 2, in cui in ascissa sono riportate le temperature e in ordinata il ritiro dell'articolo espresso come rapporto percentuale fra le aree delle superfici degli articoli durante e prima della cottura. In tale figura con linea tratteggiata è stata riportata una curva di ritiro di un convenzionale grès porcellanato e con linea a tratto continuo la curva ricavata valutando articoli ottenuti mediante il procedimento dell'invenzione. Come si vede da quest'ultima curva, .il ritiro è regolare ed uniforme e raggiunge poco prima della deformazione dei campioncini il valore massimo del 10% dopo 30-40<e>C dall'inizio della fusione, per la quale il ritiro è del 9%. Cioè nei 30-40°C successivi alla fusione il ritiro aumenta mediamente solo dell'1%. Questa caratteristica consente di avere sempre la certezza di produrre un grès porcellanato interamente fuso senza rischiare di ottenere piastrelle deformate o poco cotte, il che costituisce un vantaggio veramente significativo.

L'impasto ottenuto raggiunge la fusione completa a 1195 "C e gli articoli non subiscono deformazioni apprezzabili fino a 1220-1225°C. E' quindi possibile produrre grès porcellanato interamente fuso ad assorbimento nullo cuocendolo anche in un forno da monocottura in cui, rispetto al ciclo normale per monocottura, lo stesso viene aumentato a 55-60 minuti primi portando la temperatura a 1195°C, valore massimo consentito dall'impianto.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un procedimento per la preparazione di un premiscelato idoneo all'ottenimento di grès porcellanato che comprende la miscelazione di una loppa d'altoforno, avente la seguente composizione espressa come percentuali in peso:

   e tale che contenga ferro e zolfo, in qualunque stato di ossidazione, rispettivamente in percentuale in peso inferiore a 0,3% e 0,5%, carbonati in percentuale in peso inferiore a 7% e scorie di fonderia e/o metalli pesanti, in qualunque stato di ossidazione, in percentuale in peso inferiore a 10<-7>, con una sabbia silicea, che comprende ferro, in qualunque stato di ossidazione, in percentuale in peso inferiore a 0,3, silicati di potassio e/o sodio, complessivamente, in percentuale in peso fra 1 e 5, allumina in percentuale in peso fra 2 e 8, tale che la sabbia presenti un punto di fusione compreso fra 1100 e 1120°C, dove la loppa e la sabbia sono presenti, rispettivamente, in un quantitativo pari al 60-70% e 30-40%, e tale che la miscela risultante presenti la seguente composizione, espressa come percentuali in peso: silice 20-40 silicato di sodio 1-2 silicato di potassio 1,5-3 silicato di calcio 40-50 allumina 9-12 ossido di magnesio < 5 ossido di calcio < 6 carbonato di calcio < 4,5 ferro < 0,3 zolfo < 0,5 2. Un procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la loppa presenta una granulometria comparabile a quella della sabbia silicea. 3. Un procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui le dimensioni delle' particelle che costituiscono la loppa sono inferiori a 1 mm, mentre quelle che costituiscono la sabbia sono comprese tra 0,1 e 0,8 mm. 4. Un premiscelato ottenibile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti. 5. Un procedimento per la preparazione di un impasto idoneo all'ottenimento di grès porcellanato che comprende: (a) la miscelazione di un premiscelato secondo la rivendicazione 6, in un quantitativo pari a 65-75% in peso, con un fluidificante per calcestruzzi selezionato fra quelli di tipo acrilico, in un quantitativo compreso fra 0,5 e 1,0% in peso rispetto al peso secco del premiscelato, o di sodio tripolifosfato in un quantitativo compreso fra 0,9 e 1,1% in peso rispetto al peso secco del premiscelato, in modo da ottenere la miscela corrispondente; (b) la macinazione, in condizioni umide, della miscela risultante dalla fase (a), in modo da ottenere il macinato corrispondente; (c) l'addizione, al macinato risultante dalla fase (b), di argilla bianca da porcellanato, opzionalmente precedentemente disciolta in acqua, in un quantitativo pari a 30-50% in peso rispetto al peso secco del premiscelato, in modo da ottenere una barbottina; (d) l'atomizzazione della barbottina risultante dalla fase (c) in modo da ottenere l'atomizzato corrispondente . 6 Un impasto ottenibile mediante il procedimento della rivendicazione 5. 7. Un procedimento per la preparazione di articoli idonei all'ottenimento di grès porcellanato che comprende la pressatura dell 'atomizzato risultante dalla fase (d) del procedimento secondo la rivendicazione 5, ad una pressione pari ad almeno 300 kg/cm<≥>, in modo da ottenere un articolo crudo. 8. Un articolo ottenibile mediante il procedimento della rivendicazione 7. 9. Un procedimento per la preparazione di grès porcellanato che comprende la cottura di articoli secondo la rivendicazione 8, ad una temperatura compresa fra 1190 e 1210°C, con cicli di lavorazione compresi fra 50 e 60 minuti. 10. Un grès porcellanato ottenibile mediante il procedimento della rivendicazione 9.