marzo-aprile 2012 - Stazione Sperimentale del Vetro

Transcript

2-2012
Rivista della
STAZIONE SPERIMENTALE
DEL VETRO
Progetto VALIRE
VALorization of Incinerator REsidues
Mid Term Seminar
Murano, 25 novembre 2011
Seconda parte
RIVISTA della
STAZIONE SPERIMENTALE DEL VETRO
marzo-aprile 2012 - n. 2 vol. 42
sommario
In questo numero ........................................... 2
Editor's Note
Riassunti ............................................................... 3
Riassunti
Studi
.............................................................. 4
Summaries
Nuove
soluzioni per la valorizzazione di scorie
e ceneri volanti prodotte dagli inceneritori
di rifiuti solidi urbani ..................................................... 5
New solutions for the valorization of glassy residues
produced
Studi by municipal waste incinerators..........................13
Sandro
Roberto
Falcone, Antonio
UtilizzoHreglich,
della frazione
grossolana
di scorieTucci,
trattate
Nicola
Favaro,
Paolo
Bertuzzi,
Piero
Ercole,
e di rottame di vetro per la produzione
Lodovico
Ramon
di materiali
vetroceramici densi e porosi ...................... 6
Usage of the coarse fraction of treated slags
Sistemi
termico per forni da vetro.
and glassavanzati
cullet indi
therecupero
manufacturing
Sistema
ibrido
rigenerativo-recuperativo
Centauro ..... 15
18
of dense and porous glass-ceramics ............................
Alessandro
Mola,
Paolo
Bortoletto,
Giampaolo
Bruno,
Enrico Bernardo, Giovanni Scarinci,
Ernesto
Cattaneo,
Augusto
Santero
Paolo
Bertuzzi,
Piero
Ercole,
Ludovico Ramon
Il Capitolaredidegli
delscala
1764industriale
......................... 26
Produzione
lanaSpecchieri
di roccia su
Paolo
Zecchin
da vetrificazione di ceneri e scorie da RSU .................. 23
Industrial tests for the production of rock wool
from the vitrification of bottom and fly ash ................... 28
Paolo Bertuzzi
Direttore responsabile
Antonio Tucci
Direttore
responsabile
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Redazione
Elisabetta Barbini
Redazione
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Elisabetta
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Impaginazione
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Vetro
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e Redazionedel
- Proprietà
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10 - 30141 Murano
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del Vetro
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Autorizzazione del Tribunale di Venezia n.271 in data 23.01.1971
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Rivista Associata alla Unione
StampaAssociata
Periodica alla
Italiana
Rivista
Unione
Stampa Periodica Italiana
Progetto
industriale
Borsadidiforno
Studio
per la produzione di lana di roccia ............................... 33
“Giuseppe
...................................
38
Heat
balance of a Breviari”
rock wool furnace
............................ 40
Roberto Dall'Igna, Stefano Maurina, Simone Tiozzo
Possibilità di impiego delle scorie per la produzione
Agenda
.................................................................
40
di lane di roccia
e lane minerali
negli impianti europei .................................................. 47
Rock wool production on industrial scale
using bottom ash under-products
International
Commission
on Glass... 41
55
from solid waste incinerators
......................................
Piero Ercole
Dal mondo del vetro.................................... 43
Cultura del vetro
“Vetro Murrino, da Altino a Murano”... 63
a cura di Elisabetta Barbini
Culture of Glass
Exhibition “Vetro Murrino, da Altino a Murano” ......... 66
Agenda ................................................................. 69
Istruzioni per gli Autori
Istruzioni per gli Autori
La Rivista pubblica studi, ricerche ed esperienze sulla
tecnologia
sulla scienza
vetro eedi materiali
ad sulla
esso
La
Rivista epubblica
studi,del
ricerche
esperienze
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può mandare
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ecc.
tecnologia
e sulla scienza
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e dei materiali
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Chiunque
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Questi
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La
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illustrazioni
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È
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Redazione.
1
2-2012
in questo numero
Rivista della Stazione Sperimentale del Vetro
La Commissione Europea ha da tempo dato grande attenzione e promosso iniziative per soluzioni ai problemi
ambientali,
nella
convinzione,(coating)
da molti conferiscono
condivisa, che un
un notevole
orientamento
ecocompatibile
un approccio
concreto
I rivestimenti
nanometrici
valore
aggiunto alevetro
piano utilizzato
ed ecosostenibile alle tematiche ambientali sia il motore di progresso, sviluppo e occupazione. Allo scopo, sono
in
e in
altri settori eindustriali.
Da letempo
gli sforzi
dei produttori
sono
indirizzati
a migliorare
statiedilizia
destinati
provvedimenti
risorse a tutte
iniziative
che hanno
portato ai vari
framework
settennali
che si
le
proprietà
tecnologiche
del
vetro
piano
per
edilizia
per
aumentare
l’effi
cienza
delle
vetrate
in termini
sono succeduti negli ultimi decenni.
di comfort abitativo e risparmio energetico. Questi miglioramenti tecnologici sono ottenuti attraverso
Tra
questi, figuradiil fi
Programma
a promuovere
e sostenere
progetti
non vetro
tanto di
ricerca, quanto
di
l’applicazione
lm (o strati)Life+,
sottilidestinato
nanometrici
(coating)
sulla superfi
cie del
attraverso
diverse
realizzazione industriale innovativa di impianti basati sui principi sopra ricordati, di soluzioni cioè coordinate ed
tecniche di deposizione.
ecosostenibili
ai problemi legati alla salvaguardia ambientale; non è necessario, come per altre misure di sostegno
In questo dalla
primo
articolo
della
Rivista (2011):
“Ipartner
film sottili
(coating)
su vetro:
caratteristiche,
materiali
promosse
CE,
realizzare
un’iniziativa
con più
europei,
ma il requisito
principale
è che l’idea
propostae
abbia
poi concrete
prospettive
di realizzazione
industriale suVallotto)
vasta scala.
metodologie
di analisi”
(Daneo,
Falcone, Sommariva,
a pagina 5, vengono descritti i materiali
utilizzati per i coating, le principali tecniche di deposizione e vengono illustrati i vantaggi e i limiti delle
Il Progetto VALIRE (VALorization of Incinerator REsidues), presentato dai due partner italiani SASIL e SSV, è
tecniche
analitiche
oggi maggiormente
utilizzate
per
questo
tipooriginale
di indagini.
stato
accettato
e finanziato
perché si ripromette
di verifi
care,
in modo
e precedentemente non affrontato,
l’operatività e l’economicità di un impianto destinato a recuperare, trattare e riutilizzare i rifiuti e le scorie dei forni
di
incenerimento
deiarifi
uti solidi
urbani. Barbieri, Nembro, Pace: “Una semplice tecnologia per proteggere
Il secondo
articolo
firma
di Mognato,
il vetro durante l’attività di cantiere” (pagina 15), ha come obiettivo la valutazione dell’effetto, in termini
Il progetto è triennale, con scadenza alla fine del 2012. Nel novembre 2011 è stato organizzato a Murano uno
di resistenza,
della tecnologia
proposta,
utilizzata
per rimuovere
i difetti
sulla
di pannelli
di
workshop
per illustrare
a tutti i soggetti
interessati
le conclusioni
dei primi
18 mesi
di superfi
attività.cie
In questo
numero
della
Rivista
- come
già abbiamo
nelsono
precedente
- vengono
presentati
i risultati
delle
convetro,nostra
mediante
prove
meccaniche.
Lefatto
prove
state condotte
secondo
la norma
UNI
ENesperienze
1288-3:2001
dotte,
discutendone
gli
esiti
e
le
prospettive.
su pannelli in vetro temprato termicamente e su pannelli di vetro stratificato; i dati ottenuti sono stati
elaborati al fine di valutare la resistenza meccanica delle lastre di vetro, dopo trattamento di abrasione e
levigatura, secondo la tecnologia proposta da Vetrocare®.
Nel nostro consueto spazio storico presentiamo l’articolo del Prof. Fiori: “Vetro musivo del VI secolo
The European Commission has for a long time paid much attention to environmental problems and has promoted
dagli scavi
della to
Basilica
di San
Severo
a pagina
22.and a concrete and eco-sustainvarious
initiatives
try to solve
them.
This ais Classe
because(Ravenna)”,
an eco-friendly
guideline
Lo studio
di tessere
musive provenienti
dagli scavi
della
Basilica
di San Severo
a Classe
costituito
able
approach
to environmental
issues are widely
deemed
as motive
of progress,
development
andha
employment.
For
this purpose,
many
measures
been taken and
nancial
resources
to the various
seven-year
l’occasione
per un
confronto
frahave
le caratteristiche
deifivetri
musivi
delleassigned
chiese ravennati
e la produzione
frameworks over the last two decades.
vetraria coeva a Classe, unico esempio scoperto di lavorazione di vetro venuto alla luce con gli scavi
archeologici
territorio
attornowas
a Ravenna.
Among
these, nel
the LIFE+
Program
designed to promote and support projects aimed to the realization of innovative industrial plants able to contribute to the implementation of European environmental policy. The LIFE+
Program
doesn’t“Aggiornamento
require the involvement
of other(Battaglia,
European partners
- as it presentata
usually happens
other EC
coNella rubrica
normativo”
SSV) viene
una with
monografi
a con
financing programs -, its main requirement being that the proposed project has the real prospect to be industrially
lo scopo di riassumere il contenuto della norma UNI EN 14181:2005 “Emissioni da sorgente fissa applied.
Assicurazione della qualità di sistemi di misurazione automatici” e il Decreto Legislativo n. 152/06. A
The
VALIRE
Project (VALorization of Incinerator REsidues) was proposed by the Italian partners SASIL and
pagina
37 il servizio.
SSV. It has been accepted and financed as it intends to verify, through an original and innovative approach, the
efficacy and the economical benefits of a plant for the recycling, treatment and re-usage of fly and bottom ash
produced by municipal solid waste incinerators.
Antonio Tucci
The VALIRE Project is a three-year program, and will expire by the end of 2012. In November 2011, a workshop
has been organized at SSV in Murano to communicate to all those concerned the results achieved during the first
18 months of operation. In this issue of our “Rivista SSV” - as we did in the previous one - we are therefore publishing the results of the tests carried out, thoroughly discussing them and their possible future utilization.
Antonio Tucci
2
Progetto VALIRE
VALorization of Incinerator REsidues
Mid Term Seminar
Stazione Sperimentale del Vetro
Murano, 25 novembre 2011
SASIL SpA
Via Libertà, 8
13862 Brusnengo, Biella (BI)
Tel. +39015985166
Fax +39015985327
[email protected]
http://www.sasil-life.com
Riferimento:
Ludovico Ramon [email protected]
Via Briati, 10
30141 Murano, Venezia (VE)
Tel. +390412737011
Fax +390412737048
[email protected]
http://www.spevetro.it
Riferimento:
Sandro Hreglich [email protected]
VALIRE: VALorization of Incinerator REsidues
LIFE+ 08 ENV/IT/000421
summaries
riassunti
2-2012
Utilizzo della frazione
grossolana di scorie
trattate e di rottame di
vetro per la produzione
di materiali vetroceramici
densi e porosi
Usage of the coarse
fraction of treated slags
and glass cullet in the
manufacturing of dense
and porous glassceramics
Molti tipi di vetro possono essere raccolti, dopo l’uso, ma non riciclati nel ciclo produttivo
originale, principalmente in base a problemi di contaminazione con altri materiali. Se il riciclo
diretto non è consentito, tuttavia, questi vetri possono essere “recuperati”. Difatti, la sinterizzazione
per flusso viscoso dei vetri, se ridotti in polvere fine, può dare l’opportunità di produrre nuovi
materiali ingegneristici a valore aggiunto, in forma di schiume di vetro parzialmente cristallizzato,
di vetroceramiche sinterizzate o dell’innovativo “gres a base vetrosa”, qui presentato.
Questo nuovo materiale è particolarmente significativo, dato che deriva dalla sostituzione di
costosi fondenti feldspatici con vetri, permettendo temperature di processo molto basse (anche
sotto 1000°C) e dando la possibilità di incorporare e disciogliere alcuni rifiuti inorganici, come
ceneri di fondo da incenerimento di rifiuti solidi urbani. La deformazione piroplastica associata alla
sinterizzazione per flusso viscoso può essere controllata dalla parziale cristallizzazione, favorita
per taluni tipi di vetro di partenza. Le proprietà meccaniche specifiche del nuovo tipo di gres,
per la comparabilità con quelle del gres porcellanato convenzionale (sinterizzato sopra 1100°C),
suggeriscono un uso estensivo come materiale da costruzione.
Enrico Bernardo,
Giovanni Scarinci, Paolo
Bertuzzi, Piero Ercole,
Ludovico Ramon
Riv. Staz. Sper. Vetro 42
(2012), 2, p. 6-19
Many types of glass may be collected, after usage, but not recycled in the original manufacturing
cycle, mainly due to problems of contamination with other materials. If direct recycling is not
allowed, however, such glasses can be “recovered”. In fact, pressureless viscous flow sintering
of glasses, when finely powdered, gives the opportunity to prepare new valuable engineering
materials, in the form of partially crystallized glass foams, sintered glass-ceramics or innovative
“glass-based stoneware”, here presented.
This new material is particularly significant, since it derives from the substitution of expensive
feldspar fluxes with glasses, allowing very low processing temperatures (even below 1000°C) and
giving the possibility to incorporate and dissolve some inorganic waste, such as municipal solid
waste incinerator bottom ash. The pyroplastic deformation associated to viscous sintering may be
controlled by the partial crystallization, favoured for selected types of starting glass. The specific
mechanical properties of the new kind of stoneware, being comparable with those of conventional
porcelain stoneware (sintered above 1100°C), suggest an extensive usage in building industry.
Produzione di lana
di roccia su scala
industriale da
vetrificazione di ceneri
e scorie da RSU
Uno degli obiettivi di VALIRE è valorizzare le ceneri pesanti (scorie) e leggere degli inceneritori
inserendole in percentuali importanti nel formulato di produzione della lana di roccia.
L’articolo relaziona di due prove industriali eseguite su un forno da 500kg/h introducendo 35-40%
di scorie e 10-15% di ceneri leggere (fly ash); il restante 50% della composizione è stato raggiunto
tutto con materiale di recupero: rottame di vetro, argilla, olivina.
L’articolo dimostra la possibilità di produrre dell’ottima lana di roccia partendo da rifiuti non
pericolosi e pericolosi, pur evidenziando i problemi che possono emergere per gestire le emissioni
gassose uscenti dal forno.
Industrial tests for the
production of rock wool
from the vitrification
of bottom and fly ash
Paolo Bertuzzi
(2012), 2, p. 20-27
4
VALIRE aims to enhance the bottom ash (slag) and fly ash from incinerators by including them in
significant percentages in the formulation of production of rock wool.
The article relates to two industrial tests carried out on an oven of 500 kg/h by introducing 35-40%
of bottom ash and 10-15% of fly ashes; the remaining 50% of the composition was achieved adding
waste materials: recycled glass, clay, olivine.
The article demonstrates the possibility of producing some excellent rock wool, starting from nonhazardous and hazardous waste, while showing the problems that can arise to handle the gaseous
emissions exiting from the furnace.
summaries
riassunti
Progetto di forno
industriale
per la produzione
di lana di roccia
Heat balance
of a rock wool furnace
Roberto Dall'Igna, Stefano
Maurina, Simone Tiozzo
(2012), 2, p. 28-41
L’articolo ha come oggetto lo studio effettuato su un forno ad olio combustibile per la produzione
di lana di roccia a partire da basalto. Tale forno si distingue per alcune soluzioni ingegneristiche,
quali il preriscaldo delle materie prime e non dell’aria comburente, e per la elevata produttività (495
kg/h) a dispetto delle piccole dimensioni (suola da 2 m2).
Al fine di ottimizzarne le prestazioni, si sono elaborati dei bilanci termici per entrambe le condizioni
di preriscaldo del solo basalto e del solo comburente, e si è concluso che per raggiungere le
medesime condizioni di efficienza in termini di consumo di combustibile garantite dal preriscaldo
delle materie prime alla T di 850°C (soluzione in uso), sarebbe necessario preriscaldare l’aria alla
T di 621°C, soluzione che richiederebbe l’impiego di uno scambiatore metallico a due stadi.
Si è valutata inoltre l’opportunità di cambiare il tipo di combustibile, passando da olio a metano,
ferme restando la T del bagno (1350°C) e la produttività oraria (495 kg/h); in tal caso, in virtù delle
ridotte dimensioni del forno e delle inferiori caratteristiche radianti della fiamma a metano (spettro
di irraggiamento a bande, emissività εf=0.08) rispetto a quella ad olio (spettro continuo, emissività
εf=0.4), dagli studi effettuati risulta che l’impiego di metano comporterebbe un incremento nei
consumi orari e un aumento della T dei fumi in uscita, con conseguente perdita di efficienza del
forno, solo parzialmente compensabile aumentando la T di preriscaldo delle materie prime.
The subject of this paper is a study on an oil fuelled glass furnace that produces rock wool from
basalt. This furnace stands out for some design solutions, such as preheating of raw materials
instead of combustion air, and for its high production rate (495 kg/h) despite the small size (melting
area of just 2m2).
In order to optimize its performances, heat balances have been calculated for both the conditions of
either basalt or air preheating; the results demonstrate that to achieve the same efficiency in terms
of fuel consumption granted by preheating basalt to 850°C (present solution), it would be necessary
to preheat combustion air to 621°C, which would require a double stage metallic heat exchanger.
The viability of changing the type of fuel from oil to natural gas, while keeping constant both melt
temperature (1350°C) and production rate (495 kg/h), has also been investigated; in this case,
due to the small size of the furnace and to the lower radiative performances of natural gas flames
(discontinuous radiation spectrum, low emissivity εf=0.08) with respect to oil flames (continuous
spectrum, high emissivity εf=0.4), the heat balance calculations show that using natural gas would
increase the fuel consumption rate and the flue gases temperature, with a consequent loss in furnace
efficiency, which could be only partially compensated by raising the basalt preheating temperature.
Possibilità di impiego
delle scorie per la
produzione di lane di
roccia e lane minerali
negli impianti europei
Rock wool production
on industrial scale
using bottom ash underproducts from
solid waste incinerators
Nell’articolo vengono illustrate le possibilità di utilizzare le scorie e ceneri residuo del processo
di incenerimento negli impianti di trattamento dei rifiuti solidi urbani (fly ash e bottom ash) come
materia prima per la produzione di lana di roccia e/o di lane minerali, da impiegare come isolanti
termici e acustici nell’edilizia.
Vengono forniti dati storici di produzione e di mercato europei e nazionali, e illustrate alcune
tecnologie di produzione della lana di roccia.
The article describes the possibilities to employ bottom and fly ash coming from municipal solid
waste incinerators as new raw material for the production of heath and acoustic insulating
materials for the building industry.
Production data of both Italian and European markets are reported, together with a short description
of some rock wool production processes.
Piero Ercole
(2012), 2, p. 42-57
5
2-2012
studies
studi
2-2012
Utilizzo della frazione grossolana di scorie trattate
e di rottame di vetro per la produzione di materiali
vetroceramici densi e porosi
Enrico Bernardo, Giovanni Scarinci, Paolo Bertuzzi, Piero Ercole, Ludovico Ramon
Introduzione
La fabbricazione di materiali ceramici è stata considerata, in grado crescente negli ultimi decenni,
come una via utile per lo smaltimento di rifiuti inorganici [1]. Dato che i materiali ceramici tradizionali
(piastrelle, mattoni) sono caratterizzati da un mercato di grande massa e da alti tassi di produzione,
anche piccole aggiunte di un dato rifiuto alle usuali
materie prime sono associate ad un forte smaltimento dello stesso [2,3]. Questo concetto può essere applicato in modo particolare a vetri di scarto, cioè a
vetri difficilmente riusati nella produzione degli articoli originari, e a vetri dalla vetrificazione di rifiuti
pericolosi, utilizzati in formulazioni per gres porcellanato. Essendo introdotti in piccole quantità, i vetri
di scarto non determinano cambiamenti significativi nelle proprietà dei ceramici tradizionali, ma non
sono sfruttati nelle loro potenzialità. Difatti, il forte scorrimento viscoso dei vetri al di sopra del loro
punto di rammollimento può promuovere la sinterizzazione a temperature molto più basse di quelle consentite da fondenti feldspatici, normalmente
usati insieme ad altre materie prime di base (argille,
sabbia quarzosa). Questo fatto è stato evidenziato in
articoli recenti [4,5], che mostrano la fattibilità di
“gres a base vetrosa”, in cui la sostituzione di fondenti feldspatici con vetri riciclati è associata all’ottenimento di piastrelle di gres denso a temperature
non eccedenti 1000°C (al posto di circa 1200°C per
formulazioni convenzionali).
La sostituzione dei fondenti feldspatici con vetro
comporta il rischio generale di una riduzione delle
proprietà meccaniche e della stabilità dimensionale
delle piastrelle, se consideriamo che 1000°C, come
mostrato dagli articoli sopra citati [4,5], non è una
temperatura sufficiente per la formazione di cristalli
6
di mullite, dalla trasformazione dei minerali argillosi, ma adeguata per una estensiva dissoluzione di
cristalli di quarzo. Le proprietà meccaniche possono
essere mantenute ai livelli usuali, e il collasso viscoso può essere prevenuto, se il vetro cristallizza [5],
dando luogo ad una sorta di “gres vetroceramico”.
Il presente articolo riporta una ulteriore estensione
del concetto di formulazioni per gres riviste, con la
maggior parte delle materie prime ricavate da rifiuti; più precisamente, una scoria metallurgica vetrosa
o ceneri di fondo da incenerimento di rifiuti solidi urbani sono considerate insieme a vetri difficilmente riciclati nella fabbricazione degli oggetti di
partenza (residui dalla fabbricazione di tessere di
mosaico e di fibre, vetro dalla parte frontale di tubi
catodici dismessi). I prodotti della sinterizzazione
sono principalmente finalizzati ad una specifica applicazione, cioè ad una nuova generazione di piastrelle di rivestimento piazzate verticalmente sulle
facciate di grandi edifici, note come “facciate ventilate”. Per questa speciale applicazione le piastrelle
non sono più incollate direttamente alla muratura,
ma sono fissate su un telaio metallico, a sua volta
ancorato alle pareti, determinando un’intercapedine
d’aria, in grado di controllare il trasporto di energia
termica tra l’edificio e l’ambiente [6]. Per la specifico assemblaggio strutturale il gres porcellanato
convenzionale non è molto appropriato, per la sua
densità relativamente elevata, attorno a 2.4 g/cm3;
tuttavia, è comunemente impiegato per il suo basso
assorbimento d’acqua (ben sotto il 2%), che assicura resistenza a cicli gelo-disgelo. I nuovi materiali
qui illustrati possono costituire un’alternativa, dato
che combinano un processo a basso costo con basse
densità e assorbimento d’acqua trascurabile.
studies
studi
Procedura sperimentale
di fibre di vetro; il vetro P consiste di vetro “pannello” da tubi catodici dismessi (vetro dello schermo).
I tre vetri sono stati considerati in combinazione
con rifiuti inorganici industriali, ovvero una scoria
metallurgica vetrosa (MS) e ceneri di fondo dall’incenerimento di rifiuti solidi urbani (BA), e argilla
(di tipo industriale, definita anche “argilla tecnica”,
oppure caolino puro).
La composizione chimica dei materiali di partenza è
riportata in Tabella 1.
I materiali di partenza sono stati forniti, in forma di
polveri con una dimensione massima di circa 100
μm, dalla Sasil [7], un’azienda italiana leader nella
produzione di minerali per le industrie ceramica e
vetraria. I vetri qui riportati sono stati studiati, per la
prima volta, nell’ambito del progetto Novedi [8,9],
iniziato dalla Sasil nel 2008, finalizzato all’eliminazione del conferimento in discarica di scarti di vetro,
cioè di vetri senza la possibilità di utilizzo come materia prima secondaria. La sigla MG designa il residuo dalla produzione di tessere di mosaico in vetro;
il vetro F corrisponde a residui dalla fabbricazione
I materiali di partenza sono stati usati per formulazioni di due tipologie, alcune basate sul rifiuto
MS (in due varianti), alcune basate sul BA (in tre
varianti). Ogni tipo comprendeva una componente
di rifiuto, eventualmente modificata con una componente vetrosa e argilla, secondo le proporzioni in
peso riportate in Tabella 2.
Tab. 1 - Composizione chimica dei materiali investigati
Ossido
Oxide
Scoria
Vetro
metallurgica
mosaico
Metallurgical
Mosaic glass
slag
(MG)
(MS)
Argilla
tecnica
Technical
clay
Cenere
di fondo
MSWI
bottom ash
(BA)
Vetro fibra
Fibre glass
(F)
Vetro
pannello
Panel glass
(P)
SiO2
55.3
66.0
63.2
58.3
62.7
59-61
Al2O3
12.0
5.0
18.5
12.0
12.0
1.5-3
Fe2O3
5.4
0.1
6.5
5
0.2
<0.1
Na2O
13.9
12.0
0.6
2
1.5
7.5-8
K2O
1.0
1.5
1.6
0.3
0.5
6-7
CaO
12.4
7.0
0.6
17.6
22.0
0-2
0.8
3.2
1.0
0-1
MgO
ZrO2
0.05
1-5
1.0
TiO2
ZnO
1.5
F
6.5
1.1
<0.6
BaO
10-12
SrO
4.5-8.5
B2O3
<0.2
PbO
Lost on
ignition
0.5
0.1
<0.3
7.1
7
2-2012
studies
studi
2-2012
Eccetto che per la M1, in cui la scoria MS è stata
pressata a freddo a 40 MPa, senza alcun additivo,
tutti i componenti sono stati miscelati tra loro e additivati con acqua (35%-40% del solido), ottenendo
sospensioni acquose, omogeneizzate per agitazione meccanica. Le sospensioni sono state colate in
ampi recipienti di vetro e lasciate per circa 8 ore a
110°C; granuli di circa 200 μm, ricavati da macinazione manuale del residuo solido delle sospensioni,
sono stati pressati a 40 MPa in stampo rettangolare
(dimensioni di circa 50 mm × 35 mm, 80 mm × 65
mm). Prove di sinterizzazione sono state condotte
in un forno a muffola elettrico, con una velocità di
riscaldamento di 40°C/min, a varie temperature (da
1000°C a 1100°C), per 30 minuti. I campioni dopo
cottura sono stati sottoposti ad analisi mineralogica
e microstrutturale (diffrazione di raggi X, microscopia ottica, microscopia elettronica a scansione, valutazione dell’assorbimento d’acqua per immersione
in acqua [10], misurazione della densità apparente
attraverso il metodo di Archimede, picnometria).
La caratterizzazione meccanica è stata effettuata in
termini di determinazione del modulo elastico e della resistenza a flessione; il modulo elastico è stato
misurato con prove non distruttive di rilevamento
della frequenza di risonanza, mentre la resistenza a
flessione è stata misurata nella configurazione a tre
punti su barrette delle dimensioni di circa 3 mm ×
4 mm × 45 mm (barrette lucidate fino ad una finitura di 5μm) - tagliate da campioni più grandi. La
resistenza chimica è stata valutata attraverso due
metodi, cioè valutando la perdita in peso dopo immersione a lungo termine in soluzioni acida e basica
(28 giorni in soluzione all’1% di H2SO4 e in soluzione all’1% di NaOH solution, rispettivamente) per i
materiali basati sullo scarto MS, e applicando il test
TCLP (piccoli frammenti delle barrette utilizzate
per le prove di flessione, <9 mm, sono state poste
Tab. 2 - Formulazioni e proprietà dei gres leggeri a base vetrosa investigati
#
Formulazione
Rifiuto
Waste
[wt%]
8
Formulation
Vetro
Glass
[wt%]
M1
MS
[100]
M2
MS
[64]
MG
[16]
M3
BA
[50]
P
[25]
M4
BA
[50]
P
[35]
M5
BA
[50]
F
[25]
Temperatura
di sinter.
Argilla
Clay
[wt%]
Firing T
(°C)
Densità
Density
ρ
(g/cm3)
Assorbimento
d’acqua
Water
absorption
(%)
Modulo
elastico
Elastic
modulus
(GPa)
Resistenza Resistenza
a flessione specifica
Bending
strength
σ (MPa)
Specific
strength
σ1/2/ρ
(MPa∙cm3/g)
1000
2.58±0.13
1
75±5
58.7±11.5
2.9
1000
1.89±0.04
0.8
59±7
34.2±8.1
3.1
1050
1.84±0.02
<0.2
32±1
40.3±4.8
3.5
caolino
kaolin clay
[15]
1050
2.00±0.10
<0.5
41±1
58.4±4.3
3.8
caolino
kaolin clay
[25]
1100
2.21±0.02
<0.2
55±1
63.0±4.2
3.6
argilla
tecnica
technical
clay
[20]
caolino
kaolin clay
[25]
studies
studi
La formulazione basata sullo scarto MS è particolarmente interessante per l’evoluzione delle fasi. Come
riportato in un articolo precendente [8], la scoria
metallurgica è soggetta a sinter-cristallizzazione,
ovvero a cristallizzazione (con meccanismo superficiale) durante la sinterizzazione per flusso viscoso
di polveri fini. Da sola, la scoria MS dà luogo a vetroceramiche caratterizzate da una rilevante formazione di cristalli di sodio-allumino-silicati (nefelina,
Na2O∙Al2O3∙2SiO2, e 2CaO∙Na2O∙Al2O3∙4SiO2), a
loro volta favoriti dalla precipitazione di ossido ferrico (ematite, Fe2O3), come mostrato in Figura 1a.
La cristallizzazione è il motivo di una buona resistenza meccanica, nonostante una porosità totale significativa (8%), come riportato dalla Tabella 2, ma
anche di una rilevante potenziale debolezza; difatti,
la nefelina, come tutti gli allumino-silicati alcalini
(feldspati e feldspatoidi), è ben nota per la sua scarsa durabilità chimica. La miscelazione con argilla
industriale è stata concepita come funzionale alla
riapplicazione del concetto di “gres vetroceramico”
(miscele convenzionali per gres porcellanato in cui
i fondenti feldspatici sono completamente sostituiti
da vetro di rifiuto) [4]. Miscele semplici MS-argilla
(non riportate qui per brevità) sono risultate assai
insoddisfacenti in termini di porosità aperta (assorbimento d’acqua sempre oltre l’1%, corrispondente
alla situazione della scoria MS da sola); al contrario, l’aggiunta di vetro MG, nella proporzione riportata per il campione M2, è risultata efficace nel
determinare campioni sinterizzati con minore porosità superficiale (assorbimento d’acqua sotto 1%).
La Figura 1a mostra chiaramente che la miscelazione degli altri componenti con vetro MG reduce
fortemente la cristallizzazione; oltre alla nefelina
e all’ematite, già discusse, lievi tracce di anortite (feldspato di calcio, CaO∙Al2O3∙2SiO2) e quarzo
sono visibili. La presenza di queste ultime fasi non è
sorprendente, dato che il metacaolino (Al2O3∙2SiO2)
dalla trasformazione del caolino è altamente reattivo
verso l’ossido di calcio dalla scoria MS e dal vetro
MG, come riportato precedentemente nella letteratura [4]; il quarzo è ovviamente legato all’uso di “argilla tecnica”, comprendente sabbia argillosa (fino a
circa il 40%) insieme a minerali argillosi [4].
A
B
in una soluzione di estrazione, consistente di acido
acetico diluito in acqua distillata, con un pH di circa
5, preparata secondo indicazioni di letteratura [11],
per un rapporto liquido a solido di 20, e lasciate per
18 ore a 25°C; le soluzioni risultanti sono state passate attraverso un filtro da 0.6μm e analizzate attraverso ICP).
Risultati e discussione
Fig. 1 - a) Spettri di diffrazione di materiali vetroceramici da scoria MS, sinterizzata da sola (M1) o combinata con vetro mosaico
e argilla industriale (M2); b) microstruttura del campione vetroceramico M2
9
2-2012
studies
studi
2-2012
La densità del campione M2, riportata in Tabella 2,
è piuttosto bassa. Questo è coerente con l’alto grado di porosità (20%), visibile anche dalla Figura 1b.
La bassa viscosità del vetro MG alla temperature di
sinterizzazione (dovuta al contenuto relativamente
alto di ossidi modificatori e fluoro) ha ragionevolmente contribuito positivamente alla riduzione della
porosità aperta; tuttavia, la porosità chiusa può essere stata incrementata dal “bloating”, ovvero dalla
riduzione di ossido ferrico (ematite) a ossido ferroso
con rilascio di ossigeno, a sua volta favorita a basse
viscosità [12].
La resistenza dei campioni dalla miscela MS-MGargilla industriale non è insignificante, considerando la densità. Secondo gli studi di Ashby [13], i
materiali ottimizzati per la costruzione di pannelli
leggeri sottoposti a flessione sono quelli caratterizzati dal più alto valore del parametro di resistenza
specifica, definito come σ1/2/ρ; gli ultimi campioni
mostrano una resistenza specifica di 3.1 MPa∙cm3/g,
più alta rispetto alla scoria MS sinterizzata da sola,
e abbastanza prossima a quella del gres convenzionale (3.4-3.8 MPa∙cm3/g), sinterizzato a temperature
molto più alte.
Le variazioni nella cristallizzazione, osservabili in
Figura 1a, hanno avuto un impatto positivo sulla
resistenza chimica, come mostrato dalla Tabella 3.
Come previsto, la vetroceramica dalla scoria MS
pura ha una scarsa resistenza in acido (più alta di
quella del marmo, ma più bassa rispetto al granito);
il materiale dalla miscela MS-MG-argilla industriale è molto più resistente, con perdite in peso specifiche molto al di sotto di quelle di pietre naturali
[14]. Applicazioni in campo edilizio, specialmente
in piastrelle piazzate verticalmente (dove la leggerezza è un fattore positivo) potrebbero essere alla
portata del materiale prodotto.
Come mostrato dalla Figura 2a, la cenere di fondo,
usata per i campioni M3-5, non è di per sé amorfa, contenendo principalmente quarzo; inoltre, sono
state rilevate tracce di allumino-silicati di calcio,
quali gehlenite (2CaO∙Al2O3∙SiO2) e feldspato di
calcio-sodio (anortite contenente sodio, denominata anche “labradorite”, Ca0.65Na0.32Al1.62Si2.38O8). Il
quarzo, come prima riportato, è una materia prima
fondamentale nei ceramici tradizionali per la riduzione del fortissimo ritiro igrometrico associato ai
minerali argillosi; conferisce alta durezza e resistenza all’usura, ma determina anche microcriccatura,
a sua volta dovuta alle variazioni volumetriche della trasformazione alfa-beta. L’uso di una notevole
quantità di vetro pannello da tubi catodici dismessi
(35%) ha consentito una dissoluzione quasi completa del quarzo, praticamente non rilevabile a 1050°C
(M4 in Figura 2a). Questo risultato è di gran lunga superiore a quello dei comuni fondenti, come i
minerali feldspatici, che permettono una significativa dissoluzione del quarzo solo ben oltre 1100°C.
Come per i campioni M2, l’interazione tra vetro e
Tab. 3 - Confronto tra vetroceramiche e pietre naturali in termini di resistenza ad attacco acido e alcalino
M1
(processo a secco)
(dry processing)
M2
(processo a umido)
(wet processing)
Marmo
Marble
Granito
Granite
Perdita in peso specifica
in soluzione 1% H2SO4
Specific weight loss in 1% H2SO4
solution (mg/cm2)
39.1
8.1
267
26.2
in soluzione 1% NaOH
Specific weight loss in 1% NaOH
solution (mg/cm2)
7.3
0.8
7.8
2.6
Attacchi chimici a 90°C, per 24h
Chemical attacks at 90°C, for 24h
10
studies
studi
argilla è stata la probabile causa della formazione
di anortite, specificamente anortite contenente sodio
o labradorite, non più presente in tracce come nella
cenere di partenza. Il vetro fibra ha confermato la
tendenza (nel campione M5, sinterizzato a 1100°C),
dato che un incremento nel contenuto di CaO nel
vetro riciclato è risultato effettivamente associato ad
una più marcata formazione di labradorite, come illustrato dalla Figura 2b.
Solo per le miscele contenenti vetro pannello, anche
la jadeite (Na0.77Ca0.23Fe0.07Al0.93Si1.96O6) è stata rilevata tra le fasi di neoformazione.
Dai dati in Tabella 2 e dalle microstrutture in Figura 3 anche i campioni M3-5 possono essere trattati
come ceramici leggeri. Oltre a macropori, visibili al
microscopio ottico (Figure 3a e 3b), molti micropori sono effettivamente presenti (Figura 3c), determi-
nando una significativa porosità totale (circa 25%
per M4, 19% per M5). Tale porosità è evidentemente non interconnessa, dai dati di assorbimento d’acqua, praticamente trascurabile. A nostro avviso, il
fenomeno di bloating potrebbe essere l’origine dei
pori anche in questo caso; la limitata dimensione di
gran parte dei pori potrebbe essere associata al limitato scorrimento viscoso del materiale circostante, a
sua volta dovuto alla più forte cristallizzazione che
nel caso della formulazione M2 (il “background”
degli spettri di diffrazione dei campioni M3-5 è
pressoché piatto, come in materiali ben cristallizzati; in aggiunta, una moltitudine di cristalli fibrosi
è chiaramente visibile nella matrice vetrosa, come
mostrato dalla Figura 3d). I pori più grandi, per lo
più rintracciati appena al di sotto della superficie,
potrebbero essere dovuti a gradienti termici locali
(la superficie dei campioni, essendo più vicina agli
Fig. 2 - a) confronto tra le fasi cristalline nella cenere di fondo allo stato di fornitura (as received) e accoppiate con vetro pannello
e argilla, dopo cottura; b) confronto del comportamento a cristallizzazione di miscele a base di BA a seconda del tipo di vetro
riciclato usato come additivo
11
2-2012
studies
studi
2-2012
Fig. 3 - a, b) micrografie ottiche dei campioni M4 (a) e M5 (b); c, d) micrografie SEM del campione M5
elementi riscaldanti, risulta sottoposta ad una temperatura leggermente più alta rispetto all’interno,
con conseguente minore viscosità).
Come per i campioni M2, la resistenza non è tanto significativa nei suoi valori assoluti, ma in quelli
specifici, calcolati per la configurazione strutturale
di pannelli (3.6-3.8 MPa∙cm3/g).
Questi valori sono nuovamente prossimi a quelli del
gres porcellanato convenzionale, e sono molto migliori rispetto a quelli di gres con porosità ingegnerizzata (2.8-3.6 MPa∙cm3/g), prodotti per aggiunta
di costosi agenti schiumanti in una formulazione
convenzionale [4,6]. In base alla combinazione favorevole di buona resistenza e assorbimento d’acqua
trascurabile, si può ipotizzare la fattibilità della sopra menzionata applicazione in “facciate ventilate”.
L’approccio proposto non è vantaggioso solo per la
possibilità di fabbricare ceramici a basso costo (sinterizzati a basse temperature, da materie prime di
rifiuto o di basso costo), ma anche per la stabilità
chimica. La Tabella 4 riporta, come esempio, l’analisi dell’eluato del ceramico migliore qui presentato,
M5, sottoposto ad attacco chimico secondo il test di
12
Tab. 4 - Analisi chimica dell’eluato del
campione sottoposto a test TCLP
Elemento
Element
Eluato
Leachate
(ppm)
Limite
Limit
[EPA](ppm)
As
Ba
Cd
Co
Cr
Cu
Fe
Mo
<0.0017
<0.0202
<0.0004
<0.0011
<0.0016
<0.0368
<0.0425
<0.0016
0.5
20
0.02
Ni
Non rilevabile
Not detectable
2
Pb
Sb
Se
Sn
Sr
V
Zn
<0.0132
<0.0365
<0.0170
<0.0023
<0.0302
<0.0008
<0.1657
0.2
0.06
0.03
0.2
0.1
2
0.5
0.5
studies
studi
rilascio TCLP. Il rilascio dei vari inquinanti è trascurabile o al di sotto di standard ben riconosciuti,
come quelli forniti dall’EPA [15]. Si noti che il test
è inteso più per un “rifiuto” che per un “prodotto”,
cioè rappresenta una caso più sfavorevole di quello
suggerito per i ceramici, come piastrelle per l’industria delle costruzioni [16]. La valutazione di test
più specifici dovrebbe essere preceduta dalla raccolta delle normative a riguardo del riuso di materiali
secondari nel settore delle costruzioni, a seconda del
Paese interessato.
Conclusioni
Possiamo concludere che:
• Vetri difficilmente riciclati nella fabbricazione
dei manufatti originari possono essere utilizzati
come additivi fondenti particolarmente efficaci
nella formulazione di gres innovativi, sinterizzati a temperature molto basse;
• La fase liquida determinata dal rammollimento
del vetro può disciogliere alcuni rifiuti inorganici, come una scoria metallurgica vetrosa o cenere di fondo da incenerimento di rifiuti solidi
urbani; la dissoluzione è accompagnata dalla
cristallizzazione di silicati e allumino-silicati di
calcio;
• La porosità residua, nel “gres vetroceramico”
qui presentato è significativa (sopra il 15%) ma
principalmente chiusa; la leggerezza, combinata
con l’impermeabilità superficiale e una resistenza a flessione relativamente buona (a sua volta
dovuta alla cristallizzazione), rende i materiali
investigati molto interessanti per l’innovativa
applicazione, ad alto valore aggiunto, in facciate
ventilate;
• La sostenibilità ecologica dei nuovi ceramici è
potenziata dal possibile accoppiamento di basse
emissioni nel processo di fabbricazione (cottura
a basse temperature) con il risparmio di materie
prime naturali (fondenti feldspatici rimpiazzati
da vetri riciclati) e la stabilizzazione di rifiuti.
Ringraziamenti
Gli autori intendono ringraziare l’Unione Europea
per il sostegno finanziario nell’ambito del Progetto
“VALIRE” (LIFE+ 08 - ENV/IT/00421).
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studies
studi
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of biomass gasification fly ash for brick
manufacturing’, Fuel, 90 (2011) 220-232.
14
Autori
Enrico Bernardo, Giovanni Scarinci
Dipartimento di Ingegneria Industriale
Università di Padova
Padova, Italy
e-mail: [email protected]
Paolo Bertuzzi, Piero Ercole, Ludovico Ramon
SASIL SpA
Brusnengo - Biella, Italy
e-mail:
[email protected]
[email protected]
[email protected]
studies
studi
Usage of the coarse fraction of treated slags
and glass cullet in the manufacturing
of dense and porous glass-ceramics
Enrico Bernardo, Giovanni Scarinci, Paolo Bertuzzi, Piero Ercole, Ludovico Ramon
Introduction
Ceramic manufacturing has been increasingly considered as a way to dispose inorganic waste for the
last decades [1]. Since traditional ceramics (tiles,
bricks) have a mass market and high production
rates, even small additions of a given waste to the
usual raw materials are associated to a huge absorption of the same waste [2,3]. This concept may
be applied in particular to glass waste, i.e. glasses
being hardly re-used in the manufacturing of the
original articles, and glasses from the vitrification
of hazardous waste, employed in formulations for
porcelain stoneware tiles. Being introduced in small
amounts, waste glasses do not determine significant
changes in the properties of the traditional ceramics, but they are not exploited in their full potentialities. In fact, the extensive viscous flow of glasses
above their softening point may promote sintering
at much lower temperatures than those allowed by
conventional feldspar fluxes, normally used with the
other basic raw materials (clay and quartz sand).
This fact has been evidenced by recent papers [4,5],
showing the feasibility of “glass-based stoneware”,
in which the substitution of feldspar fluxes with recycled glass was associated to the obtainment of
dense stoneware tiles at a temperature not exceeding 1000°C (instead of approximately 1200°C for
conventional formulations).
Replacing feldspar fluxes with glass has a general
risk of degrading the mechanical properties and
the geometrical stability of tiles, if we consider that
1000°C, as shown by the above cited papers [4,5],
is not enough for the formation of mullite crystals,
from the transformation of clay minerals, but suf-
ficient for an extensive dissolution of quartz crystals. Mechanical properties may be kept at the usual
levels, and viscous collapse may be prevented, if the
glass crystallises [5], leading to a sort of “glassceramic stoneware”.
The present paper reports a further extension of the
concept of revised formulations for stoneware, with
most of the raw materials corresponding to waste;
more precisely, vitreous metallurgy slag or municipal solid waste incinerator bottom ash are considered together with glasses hardly recycled in the
production of original products (residues from the
manufacturing of glass mosaic tesserae and fibres,
panel glass from dismantled cathode ray tubes). The
sintered products are mainly focused on a specific
application, i.e. a new generation of coverings applied vertically on the surface of big buildings known
as “ventilated facades”. For this special application tiles are no longer directly bonded to external
walls, but fixed on a metal frame, in turn bonded to
the walls, determining a ventilated air gap which
controls the thermal energy transfers between building and environment [6]. For the particular structural assemblage, conventional porcelain stoneware is not very attractive, owing to its relatively
high density, being about 2.4 g/cm3; however, it is
commonly employed due to its low water absorption (well below 2%), ensuring frost resistance. The
new materials here illustrated may represent a valid
alternative, since they combine low cost processing
and waste recycling with low density and negligible
water absorption.
15
2-2012
studies
studi
2-2012
Experimental procedure
tled cathode ray tubes (“screen glass”). The three
glasses were considered combined with industrial
inorganic waste, being a vitreous metallurgical slag
(MS) and municipal solid waste incinerator (MSWI)
bottom ash (BA), and clay (industrial grade, also
termed “technical clay”, or pure kaolin).
The chemical composition of the employed starting
materials is reported in Table 1.
The starting materials were supplied, in the form of
powders with a maximum dimension of about 100
μm, by Sasil [7], a leading Italian company dealing
with minerals for the ceramic and glass industries.
The glasses reported here were first studied in the
framework of the Novedi project [8,9], started by
Sasil in 2008, aimed at eliminating the landfill of
glass rejects, i.e. glasses without the possibility of
use as secondary raw materials. MG is a residue
from the manufacturing of glass mosaic tesserae;
F glass corresponds to residues from glass fibre
manufacture; P consists of panel glass from disman-
The starting materials were used for two types of
formulations, some based on MS waste (in two variants) some based on BA (in three variants). Each
type comprised a waste component, possibly modified with a glass component and clay, according to
the weight proportions reported in Table 2.
Except for M1, in which MS slag powders were cold
dry pressed at 40 MPa, without any addition, the
components were mixed together and added with
Table 1 - Chemical composition of the investigated raw materials
Ossido
Oxide
Scoria
Vetro
metallurgica
mosaico
Metallurgical
Mosaic glass
slag
(MG)
(MS)
Argilla
tecnica
Technical
clay
Cenere
di fondo
MSWI
bottom ash
(BA)
Vetro fibra
Fibre glass
(F)
Vetro
pannello
Panel glass
(P)
SiO2
55.3
66.0
63.2
58.3
62.7
59-61
Al2O3
12.0
5.0
18.5
12.0
12.0
1.5-3
Fe2O3
5.4
0.1
6.5
5
0.2
<0.1
Na2O
13.9
12.0
0.6
2
1.5
7.5-8
K2O
1.0
1.5
1.6
0.3
0.5
6-7
CaO
12.4
7.0
0.6
17.6
22.0
0-2
0.8
3.2
1.0
0-1
MgO
ZrO2
0.05
1-5
1.0
TiO2
ZnO
1.5
F
6.5
1.1
<0.6
BaO
10-12
SrO
4.5-8.5
B2O3
<0.2
PbO
Lost on
ignition
16
0.5
7.1
0.1
<0.3
studies
studi
water (35%-40% of the total solid), obtaining aqueous slips, homogenised by mechanical stirring. The
slips were cast in wide glass containers and left at
110°C overnight; fine granules of about 200 μm
were obtained by manual grinding of the dried slips
and pressed at 40 MPa in rectangular steel dies (dimensions 50 mm × 35 mm, 80 mm × 65 mm). Sintering experiments were performed in an electric
muffle furnace, with a heating rate of 40°C/min, at
various temperatures (from 1000°C to 1100°C), for
30 min. The fired samples were subjected to mineralogical and microstructural analysis (X-ray diffraction, optical microscopy, scanning electron microscopy, evaluation of water absorption by immersion
in water [10], measurement of bulk density by the
Archimedes’ method, pycnometry). The mechanical analysis consisted of determinations of elastic
modulus and bending strength; elastic modulus was
measured by non-destructive resonance frequency
testing, whereas bending strength was inferred from
three-point bending tests applied on beam samples
of about or 3mm × 4mm × 45mm (beams polished
to a 5μm finish) - cut from larger samples. Chemical
durability was assessed by two methods, i.e. weight
loss after long-time immersion in acid and alkaline
solutions (28 days in 1% H2SO4 solution and 1%
NaOH solution, respectively) for MS-based materials, and TCLP leaching test for BA-based materials
(small fragments from bending strength determinations, <9 mm, were placed in a extraction solution,
consisting of acetic acid diluted in distilled water,
with a pH value of about 5, prepared according to
the literature [11], for a liquid to solid ratio of 20,
and stored at 25°C for 18 h; the resulting solutions
were filtered through a 0.6 μm filter and analysed by
using inductively coupled plasma).
Table 2 - Formulations and properties of investigated glass-based lightweight stonewares
#
Formulazione
Rifiuto
Waste
[wt%]
Formulation
Vetro
Glass
[wt%]
M1
MS
[100]
M2
MS
[64]
MG
[16]
M3
BA
[50]
P
[25]
M4
BA
[50]
P
[35]
M5
BA
[50]
F
[25]
Temperatura
di sinter.
Argilla
Clay
[wt%]
Firing T
(°C)
Densità
Density
ρ
(g/cm3)
Assorbimento
d’acqua
Water
absorption
(%)
Modulo
elastico
Elastic
modulus
(GPa)
Resistenza Resistenza
a flessione specifica
Bending
strength
σ (MPa)
Specific
strength
σ1/2/ρ
(MPa∙cm3/g)
1000
2.58±0.13
1
75±5
58.7±11.5
2.9
1000
1.89±0.04
0.8
59±7
34.2±8.1
3.1
1050
1.84±0.02
<0.2
32±1
40.3±4.8
3.5
caolino
kaolin clay
[15]
1050
2.00±0.10
<0.5
41±1
58.4±4.3
3.8
caolino
kaolin clay
[25]
1100
2.21±0.02
<0.2
55±1
63.0±4.2
3.6
argilla
tecnica
technical
clay
[20]
caolino
kaolin clay
[25]
17
2-2012
studies
studi
2-2012
Results and discussion
The MS-based formulation is particularly interesting for the phase evolution. As reported in a previous paper [8], the metallurgical slag undergoes
sinter-crystallization, i.e. (surface-activated) crystallization during viscous flow sintering of fine
powders. Alone, MS can lead to glass-ceramics
featuring a substantial formation of Na-aluminosilicate crystals (nepheline, Na2O∙Al2O3∙2SiO2, and
2CaO∙Na2O∙Al2O3∙4SiO2), in turn favoured by the
precipitation of ferric oxide (hematite, Fe2O3), as
shown by Figure 1a. The crystallization is the reason for quite good mechanical properties, despite a
quite significant total porosity (8%), as reported by
Table 2, but also for a significant potential weakness;
in fact, nepheline is well known for its poor chemical durability, like all alkali alumina-silicates (feldspars and feldspathoids). The mixing with industrial
grade clay was conceived in order to reapply the
concept of “glass-ceramic stoneware” (conventional mixes for porcelain stoneware in which feldspar
fluxes are completely replaced by waste glass) [4].
Simple MS-clay mixtures (not reported here for the
sake of brevity) were very unsatisfying in terms of
open porosity (water absorption always higher than
1%, corresponding to unmodified MS); on the contrary, the addition of MG glass, in the proportion
A
reported for M2 samples, was successful in yielding
sintered samples with lower surface porosity (water absorption below 1%). Figure 1a clearly shows
that the mixing of MG glass with other components
greatly reduced the crystallization; besides nepheline and hematite, already discussed, slight traces of
anorthite (calcium feldspar, CaO∙Al2O3∙2SiO2) and
quartz are visible. The presence of the last phases
is not surprising, since metakaolinite (Al2O3∙2SiO2)
from kaolin clay dehydration is highly reactive towards CaO from MS waste and MG glass, as previously shown in the literature [4]; quartz is obviously
related to the usage of a “technical clay”, including
quartz sand (up to about 40%) along with clay minerals [4].
The density value of M2 sample, shown in Table 2,
is quite low. This is consistent with the high degree
of total porosity (20%), visible also from Figure 1b.
The low viscosity of MG glass at the sintering temperature (due to the relatively high content of glass
network modifiers and fluorine) reasonably contributed positively to the sealing of open porosity;
however, closed porosity could be enhanced by the
occurrence of “bloating”, i.e. the reduction of ferric
oxide (hematite) into ferrous oxide with release of
oxygen, favoured at low viscosities [12].
B
Figure 1 - a) X-ray diffraction patterns of glass-ceramics from MS slag, sintered alone (M1) or combined with mosaic glass
and industrial clay (M2); b) microstructure of M2 glass-ceramic sample
18
studies
studi
The strength of the sample from the mixture MSMG-industrial clay is far from not being significant,
considering the density. According to Ashby’s studies [13], optimized materials for light panels subjected to bending are those with the highest specific
strength parameter, being σ1/2/ρ; the last sample features a specific strength value of 3.1 MPa×cm3/g,
higher than that of sintered pure MS, and quite
close to that of conventional stoneware (3.4-3.8
MPa×cm3/g), sintered at much higher temperatures.
The changes in the crystallization, observed in Figure 1a, have a positive impact on chemical resistance, as shown by Table 3. As expected, the glassceramic from pure MS slag have a poor resistance
in acid environment (higher than marble, but lower
than granite); the sample from MS-MG-industrial
clay mixture is far more resistant, with specific losses well below those of natural stones [14]. Applications in the building industry, especially in vertical
tiles (where lightness is a positive factor), are consequently reputed to be feasible.
As shown by Figure 2a, MSWI bottom ash, used
for M3-5 samples, was not amorphous and mostly
contained quartz; minor traces of Ca alumina-silicates, such as gehlenite (2CaO∙ Al2O3∙SiO2) and
calcium-sodium feldspar (Na-containing anorthite,
also termed “labradorite”, Ca0.65Na0.32Al1.62Si2.38O8)
were also detected. Quartz, as reported before, is a
fundamental raw material in traditional ceramics in
order to reduce the huge hygrometric shrinkage associated to clay minerals; it provides high hardness
and wear resistance, but also some microcracking,
in turn due to the volumetric changes of the alphabeta phase transformation. The usage of a remarkable quantity of panel glass from dismantled CRTs
(35 wt%) allowed an almost complete dissolution
of quartz, practically not detectable at 1050°C (M4
in Figure 2a). This result is far superior that that
provided by common ceramic fluxes, like feldspar
minerals, which allow a significant quartz dissolution only well above 1100°C. As for M2, glass/
clay interaction was likely responsible for the formation of anorthite, specifically sodium-containing
anorthite or labradorite, no more present as simply
traces like in the starting ash. Fibre glass confirmed
the trend (in sample M5, sintered at 1100°C), since
an enhanced CaO content in the recycled glass was
effectively associated to a more intensive labradorite formation, as illustrated by Figure 2b.
Only for the mixtures comprising panel glass, jadeite (Na0.77Ca0.23Fe0.07Al0.93Si1.96O6) was detected as
newly-formed secondary phase.
From the data in Table 2 and from the microstructures in Figure 3 also M3-5 samples can be treated as lightweight ceramics. Besides relatively big
pores, visible from optical microscopy (Figure 3a
and 3b), lots of micropores are actually present
(Figure 3c), thus leading to a substantial total porosity (about 25% for M4, 19% for M5). This poros-
Table 3 - Comparison of glass-ceramics and natural stones in terms of resistance to acid and alkali attack
M1
(processo a secco)
(dry processing)
M2
(processo a umido)
(wet processing)
Marmo
Marble
Granito
Granite
in soluzione 1% H2SO4
Specific weight loss in 1% H2SO4
solution (mg/cm2)
39.1
8.1
267
26.2
in soluzione 1% NaOH
Specific weight loss in 1% NaOH
solution (mg/cm2)
7.3
0.8
7.8
2.6
Attacchi chimici a 90°C, per 24h
Chemical attacks at 90°C, for 24h
19
2-2012
studies
studi
2-2012
ity is evidently not interconnected, from the water
absorption data, practically negligible. To our opinion, bloating could be the origin of pores also in
this case; the limited dimension of most pores could
be associated to the limited flow of the surrounding material, in turn due to a more substantial crystallization than in M2 (the “background” of x-ray
diffraction patterns from M3-5 is almost flat, as in
well-crystallized samples; in addition, a multitude
of fibrous crystals is clearly visible in the matrix,
as shown by Figure 3d). Bigger pores, mainly found
just below the surface, could be due to local temperature gradients (the surface, being closer to heating
elements, upon thermal treatment, could experience
a slightly higher temperature than the core, with
consequently lower viscosity).
As for M2, the strength is not significant in its absolute values, but in its specific ones, calculated for a
panel structural configuration (3.6-3.8 MPa∙cm3/g).
These values again approach those of conventional
porcelain stoneware, and are far better than those
of porcelain stoneware with engineered porosity
(2.8-3.6 MPa∙cm3/g), fabricated by adding expensive foaming agents to a conventional formulation
[4,6]. The above mentioned application in “ventilated facades”, owing to the favourable combination of good strength and negligible water absorption, is reputed to be feasible.
The proposed approach is not only advantageous
for the possibility of fabricating low cost ceramics
(sintered at low temperatures, from waste or cheap
raw materials), but also for the chemical stability.
Figure 2 - a) comparison of crystal phases in bottom ash, as received and coupled with panel glass and clay, after firing;
b) comparison of the crystallization behaviour of BA-based mixtures depending on the type of recycled glass used as flux
20
studies
studi
Figure 3 - a,b) optical micrographs of M4 (a) and M5 (b); c, d) SEM micrographs of M5
Table 4 reports, as an example, the analysis of the
leachate of the strongest ceramic here presented,
M5, subjected to chemical attack according to the
TCLP leaching test. The leaching for the various
pollutants is negligible or below well recognised
standards, like those provided by EPA [15]. It
should be noted that the test is intended more for a
“waste”, than for a “product”, i.e. it represents a
more unfavourable case than the suggested use of
ceramics as tiles in the building industry [16]. The
evaluation of more specific tests should be preceded
by the collection of standards about the reuse of secondary materials in the construction sector, depending on the country.
Conclusions
We may conclude that:
• Glasses which are hardly recycled in the manufacturing of the original products can be used
as very effective fluxing agents in the formulation of innovative stoneware ceramics, sintered
at particularly low temperatures;
• The liquid phase provided by the softening of
Table 4 - Chemical analysis of the leachate
of sample M5 subjected to TCLP testing
Elemento
Element
Eluato
Leachate
(ppm)
Limite
Limit
[EPA](ppm)
As
Ba
Cd
Co
Cr
Cu
Fe
Mo
<0.0017
<0.0202
<0.0004
<0.0011
<0.0016
<0.0368
<0.0425
<0.0016
0.5
20
0.02
Ni
Non rilevabile
Not detectable
2
Pb
Sb
Se
Sn
Sr
V
Zn
<0.0132
<0.0365
<0.0170
<0.0023
<0.0302
<0.0008
<0.1657
0.2
0.06
0.03
0.2
0.1
2
0.5
0.5
21
2-2012
studies
studi
2-2012
glass is able to dissolve some inorganic waste,
such as metallurgical vitreous slag and municipal solid waste incinerator bottom ash; the dissolution is followed by crystallization of calcium
silicate and alumina-silicate phases;
The residual porosity, in the “glass-based stoneware” here presented, is significant (above
15%), but mainly closed; the lightness, combined with surface impermeability and relatively good bending strength (in turn associated to
crystallization) makes the investigated materials
as extremely interesting for the novel, high value
application of ventilated facades;
The ecological sustainability of the new ceramics is enhanced by the possible coupling of low
emissions in the processing (firing at low temperatures) with saving of natural raw materials
(recycled glasses replacing feldspar fluxes) and
stabilization of waste.
•
•
Acknowledgements
The authors would like to thank the European Union
for financial support in the framework of the project
“VALIRE” (LIFE+ 08 - ENV/IT/00421).
References
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of biomass gasification fly ash for brick
manufacturing’, Fuel, 90 (2011) 220-232.
Authors
Enrico Bernardo, Giovanni Scarinci
Dipartimento di Ingegneria Industriale
Università di Padova - Padova, Italy
Paolo Bertuzzi, Piero Ercole, Ludovico Ramon
SASIL SpA - Brusnengo (Biella), Italy
[email protected]
[email protected]
studies
studi
Produzione di lana di roccia su scala industriale
da vetrificazione di ceneri e scorie da RSU
Paolo Bertuzzi
Uno degli obiettivi del Progetto VALIRE è la produzione di lana di roccia utilizzando la massima
percentuale possibile di bottom e fly ash opportunamente pre-trattate. La prova industriale è stata organizzata presso la FIR di Roncà (VR), che è dotata
di un forno da 0,5 t/h con colata su centrifuga per
la formazione di fibre che vengono aspirate e parallelizzate a formare un materasso continuo, che poi
viene pressato e cucito su supporto di rete metallica.
La miscela da portare in fusione viene alimentata
in forma di bricchetti del lato di circa 50 mm, per
avere una pezzatura simile a quella del basalto naturale frantumato (normale pezzatura usata come basamento delle ferrovie); il peso di ogni bricchetto è
di circa 120 g.
Per la prova industriale si è cercato di comporre i
bricchetti con una miscela di componenti che arrivassero a formare la stessa analisi chimica del basalto naturale, usando una miscela così composta:
35% scorie RSU (Matrix lavorato da Sasil)
13% fly ash da Elettrofiltro (con 6% di Cl)
15% Argilla
14% Allumina di recupero
15% rottame di vetro
8% Olivina (46%MgO)
Il quantitativo di fly ash introdotta è stata ottimizzata in modo da ottenere la massima concentrazione
in cloro assimilabile dal vetro all’interno del proprio reticolo strutturale, che dovrebbe essere di circa
1,5%.
Il forno della FIR è di tipo continuo a carica dall’alto e la parte più calda è a 1400°C.
La conduzione della prova e la produzione di lana di
roccia non hanno dato alcun problema da segnalare, anzi è stata rilevata una buona produttività ed un
colore risultante della lana di roccia più bianco rispetto alla normale produzione da basalto; la minor
colorazione è dovuta al minor apporto di ferro nella
miscela introdotta con i bricchetti.
Nella Tabella 1 si può vedere un confronto fra la
composizione normale del basalto, la composizione
teorica della miscela alimentata al forno e la composizione reale, determinata da una colata del vetro
prelevata dopo un periodo di 2 ore di continua introduzione dei bricchetti, tempo superiore alla sostituzione di tutta la carica del forno. Da notare il livello
del cloro teorico di 1,3% e il reale trovato nel vetro
di 0,95%. Con questa prova viene dimostrato che il
vetro può includere nella propria struttura circa 1%
di cloro.
Durante lo svolgimento della prova industriale sono
state analizzate le emissioni a camino e si è rilevato un tenore in HCl dopo 30’ di campionamento di
30mg/m3 - quindi inferiore al limite permesso di
60mg/m3 - ma sono stati misurati valori eccessivi nei
parametri “diossine PCDD” (determinato 1,38ng/
m3, mentre il limite è = 0,1ng/m3) e in “IPA - idrocarburi policiclici aromatici” (determinato 0,75mg/
m3, mentre il limite è di 0,01mg/m3).
Le emissioni registrate indicano che la fase di preriscaldamento del forno, ottima dal punto di vista
energetico, non è compatibile con la natura di certi
prodotti organici come PCDD ed IPA, che sublimano in questa fase uscendo dal camino senza probabilmente arrivare alle zone più calde del forno che le
trasformerebbero in CO2 e H2O.
23
2-2012
studies
studi
2-2012
Tabella 1
Per evitare questo problema, si è deciso di effettuare
una seconda prova industriale (sempre relazionata
in tabella 1) alimentando in due fasi successive il
forno. Prima con bricchetti, fatti di miscela da vetri-
ficare senza le fly ash, e una seconda alimentazione
fatta da bricchetto costituito di sole fly ash alimentato direttamente (con entrata dedicata) nella parte
più calda del forno.
Figura 1 - Alimentazione del forno
Figura 2 - Apertura del forno per alimentarlo
24
studies
studi
Composizione della seconda prova con le due alimentazioni delle bottom e fly ash differenziate:
Alimentazione 1 che costituisce il 95% della carica del forno:
Scorie 200-1000 μm 40%
Argilla 15%
Allumina di recupero 16%
Calce idrata 10%
Olivina 9%
Rottame di vetro 5%
Si è proceduto con l’alimentazione 1 per 2 ore e
mezza, in modo da rimuovere totalmente la precedente carica del forno e monitorare le emissioni al
camino di questa dedicata composizione di alimentazione forno senza fly ash. Le emissioni registrate
al camino rientrano tutte entro i parametri permessi anche per il parametro “diossine”, solo gli IPA
risultano ancora eccedere i limiti consentiti, ma si
potrebbe risolvere questo problema con un sistema
di abbattimento dei microinquinanti.
Nelle Figure 1 e 2 riportiamo momenti dell’alimentazione 1 al forno.
Una volta raccolti i dati delle emissioni dovute all’alimentazione 1 e un campione di colata del
vetro risultante continuando ad alimentare il forno
Figura 3 - Bricchetti di sole fly ash
dall’alto con l’alimentazione 1, si è introdotta anche
l’alimentazione 2, costituita dal 5% della carica del
forno, fatta da piccoli bricchetti (3cm di lato) di sole
fly ash, realizzati pressando con 10% d’acqua le ceneri provenienti da Verbania ad alto tenore di cloro
(20%). Questa alimentazione, come la precedente, è
stata previamente essiccata all’aria per 48 ore prima
di introdurla nel forno, evitando così di introdurvi
eccessiva umidità.
L’introduzione dell’alimentazione 2 ha causato una
enorme produzione di fumo probabilmente costituito
da cloro, che ha obbligato ad interrompere la prova. Si
pensava infatti di poter portare in combustione tutti i
PCCD e gli IPA introducendoli in modo separato nella parte più calda del forno; così invece non è stato,
perché alle condizioni operative di 1400°C la cinetica
di sublimazione del cloro è talmente rapida che sviluppa una corrente ascensionale di cloro che strippa
nei fumi anche le sostanze pericolose prima ancora
che il bricchetto arrivi al centro del forno e che quindi permetta la combustione delle sostanze pericolose
stesse. Anche se si è dovuto interrompere la prova,
si è potuto prelevare un campione di colata del vetro
formatosi per unione delle due alimentazioni e sottoporlo ad analisi chimica (vedi Figura 5). I dati sono
sempre riportati in Tabella 1, nella sezione dedicata
alla seconda prova industriale (parte destra, rettangolo rosso). Si può notare dai valori del cloro riportati
come questo non sia aumentato in modo significati-
Figura 4 - Tramoggia per alimentazione 2 - laterale
25
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studi
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Figura 5 - Colata del vetro risultante
Figura 6 - Lana di roccia risultante dalla fusione di bottom e fly ash al confronto con lana da basalto
26
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studi
vo con l’introduzione delle fly ash, passando dallo
0,17% a solo lo 0,24%, valore ben lontano dal valore
teorico di assimilazione del cloro al reticolo del vetro.
Nonostante il problema delle emissioni e della gestione delle alimentazioni separate al forno, si è
prodotta una “lana” di ottima qualità, decisamente
più bianca rispetto a quella normalmente prodotta
da basalto. La differenza di colore si può ben notare
nella Figura 6. L’immagine è relativa all’uscita del
nastro di fibre ottenuto dalla prova relazionata, con
sovrapposto un pezzo di lana di roccia ottenuto normalmente da basalto.
Conclusioni
Le prove hanno dimostrato la fattibilità della produzione di lana di roccia utilizzando alte percentuali (35-40%) di bottom ash e moderate quantità di
fly ash (5-15%). Hanno evidenziato che non tutti i
problemi sono di immediata risoluzione, in quanto
bisogna gestire bene l’alimentazione del forno cercando di portare in combustione le sostanze pericolose, convertendole tutte nei classici prodotti di
combustione H2O e CO2. Il risultato di tali prove ci
spinge a continuare il Progetto VALIRE con la realizzazione di un forno pilota, dove potremo provare le diverse composizioni di alimentazione forno e
ottimizzare il controllo e l’eventuale abbattimento
delle emissioni.
Autore
Paolo Bertuzzi
SASIL SpA - Brusnengo, Biella
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2-2012
studies
studi
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Industrial tests for production of rock wool
from vitrification of bottom and fly ash
Paolo Bertuzzi
One aim of VALIRE is the production of rock wool
using the highest possible percentage of properly
pre-treated bottom and fly ash. The industrial trial has been carried out at FIR, in Roncà (Verona),
which is equipped with a furnace of 0.5 t/h with
casting on centrifuge for the formation of fibers that
are sucked and parallelized to form a continuous
mattress which is then pressed and sewn on a base
of wire mesh.
The mixture to bring to the melt is fed in the
form of pellets with a side of about 50 mm to
have a size similar to that of natural crushed
basalt (normal size used for the base of railways). The weight of each pellet is about 120 g.
For the industrial trial we have prepared the pellets with a mixture of components that is equivalent
to the chemical composition of natural basalt; the
mixture has been made up as follows:
35% bottom ash (Matrix worked Sasil)
13% fly ash from electrofilter (with 6% of Cl)
15% clay
14% recovered Alumina
15% cullet
8% Olivine (46% MgO)
The quantity of fly ash introduced has been optimized in order to obtain the maximum concentration in chlorine that glass can assimilate within its
structural framework (which should be about 1.5%).
The oven of FIR is a continuous top loading oven
and the temperature is 1400°C in the hottest part.
The development of the trial and the production of
rock wool has given no problems to report; in fact,
28
high production levels have been detected and the
resulting color of the rock wool has been whiter
than that from basalt (the light color is due to the
lower quantity of iron introduced into the mixture of
the pellets).
Table 1 shows a comparison between the normal
composition of basalt, the theoretical composition
of the mixture supplied to the furnace and the real
composition determined by a casting of the glass
taken after a period of 2 hours of continuous introduction of pellets, time exceeding the replacement of
the whole charging of the furnace. Note the theoretical chlorine level of 1.3% and the real level found
in the glass of 0.95%. This test demonstrates that
the glass can include in its structure about 1% of
chlorine.
During the test, the chimney emissions were analyzed and it was found a HCl concentration of
30mg/m3 after 30’ sampling, thus less the permissible limit of 60mg/m3, but excessive values were
measured in the parameters “dioxins PCDDs" (1.38
ng/m3 determined, while the limit is 0.1 ng/m3) and
"PAHs - polycyclic aromatic hydrocarbons" (0.75
mg/m3 determined, while the limit is 0.01 mg/m3).
The analyzed emissions indicate that the preheating
phase of the oven, excellent from the energetic point
of view, is not compatible with the nature of certain
organic products as PCDDs and PAHs that sublimate at this stage and exit from the chimney, probably without getting to the hottest part of the oven
where they could be transformed into CO2 and H2O.
To avoid this problem, it was decided to carry out
a second industrial trial (always related in Table
1) feeding the furnace in two stages. The first sup-
studies
studi
Table 1
ply with pellets, made of mixture to vitrify without fly ash, and a second power supply with pel-
Figure 1- Furnace feeding
lets made of only fly ash fed directly in the hottest part of the oven through a dedicated entry.
Figure 2 - Opening of the oven
29
2-2012
studies
studi
2-2012
The composition of the second test with the two supplies (bottom and fly ash separated):
Supply 1, which forms the 95% of the furnace
charge:
40% Slag 200-1000 μm
15% clay
16% Alumina recovery
10% Hydrated lime
9% Olivine
5% cullet
We proceeded with the feeding 1 for 2.5 h in order
to totally remove the previous charge of the furnace
and monitor the chimney emissions of the fusion
of this material without fly ash. The emissions are
within the parameters allowed, also the parameter
“dioxins”, but not the PAHs that still exceed the
permissible limits. You could resolve this problem
with a shooting-down system for micropollutants.
Figures 1 and 2 show two different moments of feeding 1.
After collecting the data of the emissions related to
supply 1 and a sample of casting of the glass resulting from the non-stop feeding of the furnace from the
top, also supply 2 has been introduced; it coincides
with 5% of the charge of the furnace and is made by
Figure 3 - Fly ash pellets
30
small pellets (3 cm of side) made with fly ash only.
This pellets have been made by pressing the fly ash
with a high content of chlorine (20%) coming from
Verbania plant with 10% of water. This feeding, like
the previous one, has been dried in air for 48 h before introducing it into the oven, thus avoiding the
introduction of excessive moisture.
Feeding 2 has caused a massive smoke production,
probably composed by chlorine, that required to
stop the test. We thought we could bring to complete
combustion PAHs and PCCDs by introducing them
separately in the hottest part of the furnace, but this
did not happen because, at operating conditions of
1400°C, the kinetics of sublimation of chlorine is
so rapid that it develops an updraft of chlorine that
conveys in the flue gas also the toxic substances before the pellets reach the center of the oven where
the unsafe substances could be burnt.
Even if we had to stop the test, we were able to take
a sample of the casting of the glass formed by the
union of the two feedings and subject it to chemical
analysis, such as RX analysis and curve of viscosity (see Figure 5). The data are reported in Table
1, in the section regarding the second industrial
trial (right side, red rectangle). It can be seen, from
the values of chlorine, that this is not significantly
increased with the introduction of fly ash, passing
from 0.17% to only 0.24%, far from the theoretical
Figure 4 - Hopper for feeding 2
studies
studi
Figure 5 - Removal of the spinning centrifuge and collection of a sample of glass
Figure 6 - Wool resulting from the fusion of bottom and fly ash compared with basalt wool
31
2-2012
studies
studi
2-2012
value of assimilation of chlorine into the structural
framework of the glass.
Despite the problem of emissions and management
of separate supplies to the furnace, we have obtained a “wool” of excellent quality, much whiter
than that normally produced by basalt. The difference in color can be noted in Figure 6. The image
shows the exit of the ribbon of fibers obtained from
the test related with an overlaid piece of rock wool
obtained from basalt.
Conclusions
The tests have demonstrated the feasibility of the
production of rock wool using high percentages of
35-40% bottom ash and moderate amounts of fly
ash (5-15%). Not all the problems are of immediate resolution, because we must handle in the right
way the feeding of the oven, trying to burn the toxic
substances to convert them all into the normal combustion products CO2 and H2O. The results of these
tests lead us to continue the VALIRE Project with
the creation of a pilot-oven in which we can try out
different compositions of the feedings and optimize
the furnace control and eventual reduction of emissions.
Author
Paolo Bertuzzi
SASIL SpA - Brusnengo, Biella - Italy
32
studies
studi
Progetto di un forno industriale
per la produzione di lana di roccia
Si tratta di un piccolo forno di 2 m2 di suola (Figura
1), che produce 495 kg/h di lana di roccia; l’elevata
produttività è consentita dal fatto che:
- l’affinaggio non è strategico;
- la carica di basalto è omogenea;
- il basalto viene introdotto alla temperatura di
850°C.
Lo scopo dello studio è quello di calcolare il bilancio termico del forno per fibra di basalto per suggerire eventuali miglioramenti.
Camere di
preriscaldo basalto
Camera fusione
Figura 1 - Forno per lana di roccia (per gentile concessione della FIR)
33
2-2012
studies
studi
2-2012
Analisi dati e risultati
Il bilancio termico si calcola con la seguente equazione:
Q = consumo specifico di energia [kJ/kg];
V = energia per fondere e riscaldare il basalto da
850°C a 1450°C [kJ/kg];
D = dispersioni di calore attraverso la struttura
[kJ/kg];
Pci = potere calorifico inferiore del combustibile
[J/kg o J/Nm3];
Hf = entalpia dei prodotti di combustione per unità
di combustibile [J/kg o J/Nm3];
Ha = entalpia dell’aria comburente per unità di combustibile [J/kg o J/Nm3].
Questa semplice equazione divide il bilancio termico in tre distinte parti: V è il calore richiesto teoricamente per il riscaldamento e la fusione del basalto;
D sono le dispersioni di calore verso l'ambiente, che
dipendono dal grado di isolamento del forno; N è
l’inverso dell’efficienza di combustione e dipende
dal combustibile e dal sistema di preriscaldo del
comburente.
Il calore V necessario per riscaldare e fondere il basalto si ricava da prove calorimetriche (Figura 2); le
curve in figura sono state mediate per tenere conto
delle inevitabili variabilità tipiche delle materie prime naturali.
Integrando le varie parti della curva di Figura 2 è
stato possibile descrivere il comportamento del basalto durante il riscaldamento con i dati riportati in
Tabella 1.
Figura 2 - Prove DSC sul basalto
34
studies
studi
Tab. 1 - Sintesi dei dati calorimetrici sul basalto
Fase
Energia [kJ/kg]
Riscaldamento
da 20°C a 850°C
837,6
Riscaldamento
da 850°C a 1450°C
926,2
Calore latente di fusione
187,6
Il calore V (1113,8 kJ/kg) corrisponde alla somma
del calore di riscaldamento da 850°C a 1450°C e
del calore latente di fusione; in accordo con la produzione di 495 kg/h di lana di roccia, nel sistema di
preriscaldo servono 115,2 kW, mentre nel forno di
fusione 153,1 kW.
Fig. 3 - Dispersioni
di calore (2871 W/m2)
della suola del forno
composta da 10 cm
di basalto, 25 cm di
refrattario silico alluminoso e 6 cm di fibra
ceramica
Fig. 4 - Dispersioni di
calore (19291 W/m2)
della palizzata composta da 20 cm di refrattario AZS ER 1681
35
2-2012
studies
studi
2-2012
Fig. 5 - Dispersioni di calore (1277 W/m2) della sovrastruttura composta da 20 cm di pigiata refrattaria Ersol 50 V e 15 cm
di fibra ceramica
Fig. 6 - Dispersioni di calore (1360 W/m2) della volta composta da 15 cm di pigiata refrattaria Ersol 50 V e 15 cm di fibra ceramica
Le dispersioni di calore attraverso la struttura del
forno si calcolano attraverso la legge di Fourier1 opportunamente modificata per tenere conto delle differenti dimensioni delle superfici interne ed esterne
di un piccolo forno.
36
Le Figure 3, 4, 5 e 6 mostrano la distribuzione delle
temperature nello spessore delle principali strutture,
indicando la composizione dei materiali e le dispersioni per unità di area.
studies
studi
La Tabella 2 riassume le dispersioni globali considerando le differenti superfici delle varie strutture.
La Tabella 3 riporta il bilancio termico del forno per
lana di roccia.
Tab. 2 - Dispersioni di calore del forno
Tabella 3 - Bilancio termico di un forno per lana
di roccia con preriscaldo del basalto a 850 °C.
Strutture del forno
Dispersioni di calore
[kW]
Suola
11,7
Palizzata
42,9
Sovrastruttura
12,0
Volta
4,5
Bruciatori, camini
e altri fori
14.4
Totale
85,5
Considerando una produzione oraria di basalto di
495 kg/h, le dispersioni di calore per unità di prodotto (termine D dell'equazione di bilancio termico)
sono pari a 621,2 kJ/kg.
Non rimane che calcolare il fattore di amplificazione N relativo all’efficienza di combustione. Non
essendovi alcun impianto di preriscaldo dell’aria
comburente, l’entalpia dell’aria Ha è uguale a 0. Per
calcolare l’entalpia dei fumi Hf bisogna stabilire la
temperatura Tfg dei gas all’uscita del forno.
Le fiamme prodotte da olio combustibile sono luminose, come risulta dal contenuto di piccole particelle solide, che irraggiano su uno spettro continuo;
con una emissività di fiamma scelta a priori uguale
o maggiore di 0,4, per avere un flusso di calore di 90
kW/m2, ricavato dalle dimensioni dell’area di fusione, la temperatura di irraggiamento, che si considera
uguale a quella di uscita fumi Tfg, è di 1486°C. Il
fattore di amplificazione N è dunque pari a 2,54 e
la portata di olio combustibile risulta di 53 kg/h, in
buon accordo con i dati sperimentali se si considera
la temperatura di uscita del basalto di 1350°C.
[kW]
[%]
606
100,0%
153
25,3%
85
14,0%
Entalpia fumi
in uscita dal forno
368
60,7%
Preriscaldo
del basalto
115
19,0%
Entalpia fumi
in uscita dal
preriscaldo basalto
252
41,7%
Olio combustibile
Entalpia lana
di roccia
Dispersioni
di calore
La prima domanda da porsi è la seguente: conviene
preriscaldare il basalto o l’aria comburente, come
normalmente si fa nei forni da vetro?
Per rispondere a questa domanda si esegue un bilancio termico senza preriscaldo del basalto e si aumenta la temperatura di preriscaldo dell’aria comburente
fino ad ottenere lo stesso consumo di combustibile
del caso precedente. Questo si verifica con il preriscaldo dell’aria comburente a 621°C, ottenibile solo
con uno scambiatore metallico a due stadi.
La Tabella 4 mostra il bilancio termico in questo
caso.
Anche il passaggio da olio combustibile a metano richiede un'attenta valutazione. In questo caso
si assume che le condizioni di lavoro (temperatura e produzione) non cambino. Cambia invece l’emissione della fiamma: l’irraggiamento dai
gas non è continuo su tutto lo spettro, ma è ristretto in alcune bande di lunghezza d’onda. I gas
più importanti sono la CO2 e l’H2O. L’intensità
dell’irraggiamento dipende dallo spessore di stra37
2-2012
studies
studi
2-2012
vamente dal diametro equivalente deq, dello spazio
riempito dai gas, laddove:
Tabella 4 - Bilancio termico di un forno
per lana di roccia con preriscaldo dell’aria
comburente a 621 °C
[kW]
[%]
Combustibile
606
81,4%
Preriscaldo aria
138
18,6%
s ≈ ddeqeq  4  V
A
V = volume [m3];
A = superficie dello spazio occupato dal gas [m2].
Vetro
268
36,0%
Dispersioni forno
85
11,4%
Fumi uscita forno
391
52,5%
Fumi uscita
preriscaldo aria
252
41,7%
Nel caso in esame si calcola uno spessore di strato di 0,4 m. Il passaggio da olio combustibile (εf =
0,4) a gas naturale, a causa del ridotto spessore di
strato (0,4 m), comporta una considerevole riduzione dell’emissività della fiamma (εf = 0,08). Anche
considerando il raddoppio dello spessore di strato
per tenere conto dell’irraggiamento delle pareti, con
gas metano si ottiene un aumento della temperatura di irraggiamento della fiamma con gas metano di
141°C. La temperatura di uscita fumi è in questo
caso di 1628°C.
to, dalla pressione parziale e dalla temperatura del
gas Tfg; Schack2 ha fornito le seguenti formule per
calcolare il flusso di calore dalle fiamme:

Q
pCO2
QCO2
C
O 2  10,35 
C
O 2 s
Q H 2O

0,4
 T  3,2  T  3,2  T
g
   p    g
 
T
 100 
 100 
 p





0,65




 T  2,321,37p H 2O s 
g
0,6

 46,52 - 84,9  p H 2O  s  p H 2O  s  
 100 


 

QCO2 ; QH2O : densità del flusso radiativo da CO2 e
H2O [W/m2];
pCO2; pH2O : pressione parziale di CO2 e H2O [atm];
s: spessore di strato [m].
La determinazione dello spessore di strato s è spesso difficile, ma può essere valutata3) approssimati-
38
La Tabella 5 riassume l’ipotesi di un bilancio termico passando da olio combustibile a metano.
1/ 3
 Tp 

 
 100 

 



2,32 1,37 p H 2 O s 1 / 3
L’uscita dei gas di combustione a maggiore temperatura porta ad una variazione delle condizioni al
contorno: il preriscaldo del basalto può essere spinto ad una temperatura maggiore. La massima temperatura a cui può essere preriscaldato il basalto è di
circa 1000°C: il bilancio termico in queste condizioni mostra che l’energia persa a causa della maggiore
temperatura dei gas di combustione può essere parzialmente recuperata con l’aumento del preriscaldo
del basalto (Tabella 6).
studies
studi
Conclusioni
Tabella 5 - Bilancio termico di un forno per
lana di roccia con preriscaldo del basalto a
850°C e con gas naturale come combustibile
[kW]
[%]
Gas naturale
1035
100,0%
Entalpia
lana di roccia
153
14,8%
Dispersioni
di calore
85
8,2%
Gas in uscita
dal forno
797
77,0%
Preriscaldo
del basalto
115
11,1%
Gas in uscita dal
forno di preriscaldo
682
65,9%
Tabella 6 - Bilancio termico di un forno per
lana di roccia con preriscaldo del basalto a
1000°C e con gas naturale come combustibile
[kW]
[%]
Gas naturale
816
100,0%
Entalpia
lana di roccia
130
15,9%
Dispersioni
di calore
85
10,4%
Gas di combustione
in uscita dal forno
602
73,7%
Preriscaldo
del basalto
139
17,0%
Gas di combustione
in uscita dal sistema
di preriscaldo
463
56,7%
Il caso in esame riguarda un piccolo forno ad alta
densità di combustione (380 kW/m3) rispetto a quella tipica nei forni da vetro (120 kW/m3). Questa elevata densità di combustione è permessa dal materiale caricato, dato che il vetro di basalto non richiede
un alto tempo di residenza per omogeneizzazione e
affinaggio.
Anche considerando che è possibile preriscaldare a
maggiori temperature la carica, il passaggio da olio
combustibile a gas metano comporta un maggiore
consumo di energia.
Per limitarne l'impatto, lo studio suggerisce di aumentare le dimensioni del forno, così da incrementare le caratteristiche radianti della fiamma da gas
naturale, e di ridurre le maggiori dispersioni termiche adottando un migliore isolamento della struttura
refrattaria.
Bibliografia
1. R.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfoot
“Transport Phenomena”, John Wiley & Sons
Inc, New York, 1960
2. A. Schack “La trasmissione industriale del calore”, Ulrico Hoepli, Milano, 1965
3. W. Trier “Glass Furnaces” Society of Glass
Technology, Sheffield, 1987
Autori
Murano
[email protected]
39
2-2012
studies
studi
2-2012
Heat balance of a rock wool furnace
The object of this study is a small furnace, having
a 2 m2 melting area (Figure 1) and producing 495
kg/h of rock wool; such a high production rate is
possible because:
- fining is not important;
- the basalt charge is already homogeneous;
- basalt is introduced after preheating to a temperature of 850°C.
The purpose of this study is the calculation of the
heat balance for a basalt glass fiber furnace, and
the evaluation of possible improvements.
Basalt
Camerepreheating
di
chambers
preriscaldo
Furnace
Camera
fusione
chamber
Figure 1 - Rock wool furnace (by courtesy of FIR)
40
studies
studi
Discussion and results
This simple equation divides the heat balance into
three distinct parts: V is the theoretical heat required for basalt melting; D represents the specific
heat losses towards the environment, depending on
the degree of insulation of the furnace; N is the inverse of combustion efficiency, which depends on
the type of fuel and air preheating system.
The heat balance is calculated using the following
equation:
Q = specific energy consumption [kJ/kg];
V = energy required for melting and heating basalt
from 850°C to 1450°C [kJ/kg];
D = structure heat losses [kJ/kg];
Pci = fuel combustion heat [J/kg or J/Nm3];
Hf = flue gas enthalpy for fuel unit [J/kg or J/Nm3];
Ha = combustion air enthalpy for fuel unit [J/kg or
J/Nm3].
The calorimetric curve of basalt was determined
in order to evaluate the theoretical melting heat
(Figure 2); the curve has been averaged to compensate for the inevitable fluctuations typical of natural
raw materials.
The data reported in Table 1 are calculated by integrating the various parts of the curve, and summarize the
behavior of basalt during the whole heating process.
3,5
Cp solid
Melting
3,0
2,5
-1
-1
Cp [kJ Kg K ]
Cp liquid
2,0
1,5
1,0
0,5
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000 1100 1200 1300 1400
Temperature [°C]
Figure 2 - DSC curve of basalt
41
2-2012
studies
studi
2-2012
Table 1 - Summary of basalt calorimetric data
Phase
Energy [kJ/kg]
Heating
from 20°C to 850°C
837,6
Heating
from 850°C to 1450°C
926,2
Latent heat
187,6
Heat V (1113,8 kJ/kg) is the sum of the energy required for heating basalt from 850°C to 1450°C
and the latent heat required for melting; in order to
maintain a production rate of 495 kg/h, the basalt
preheating system requires 115,2 kW, and the melting furnace 153,1 kW.
1500
1300
Temperature [°C]
1100
900
700
500
300
100
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
Thickness [cm]
30,0
35,0
40,0
45,0
Figure 3 - Heat losses
(2871 W/m2) of the furnace bottom, composed
of 10 cm basalt, 25 cm
alumina silicate refractory and 6 cm ceramic
fiber
1500
1300
Temperature [°C]
1100
900
700
500
300
100
0,0
42
5,0
10,0
15,0
Thickness [cm]
20,0
25,0
Figure 4 - Heat losses
(19291 W/m2) of soldier blocks, composed
of 20 cm AZS refractory ER 1681
studies
studi
1500
1300
Temperature [°C]
1100
900
700
500
300
100
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
Thickness [cm]
30,0
35,0
40,0
Figure 5 - Heat losses (1277 W/m2) of breast walls, composed of 20 cm refractory concrete Ersol 50 V and 15 cm ceramic fiber
1500
1300
Temperature [°C]
1100
900
700
500
300
100
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
Figure 6 - Heat losses (1360 W/m2) of crown, composed of 15 cm refractory concrete Ersol 50 V and 15 cm ceramic fiber
Heat losses through the structure of the furnace, represented by D, are calculated using the Fourier law1),
modified to take into account the different dimensions
of internal and external surfaces of the small furnace.
Figures 3, 4, 5, 6 show the temperature distributions
throughout the thickness of the main structures; the
type of refractory materials and the heat loss per unit
surface area values are reported under each picture.
43
2-2012
studies
studi
2-2012
Table 2 summarizes the global net heat losses of the
furnace, taking into account all the different surfaces exposed.
Table 3 summarizes the heat balance for the rock
wool furnace.
Table 2 - Furnace heat losses, taking into
account the different surfaces exposed
Table 3 - Heat balance for a rock wool furnace
with basalt preheat to 850°C
Furnace structure
Bottom
11,7
Soldier block
42,9
Breast wall
[%]
Oil fuel in
606
100,0%
Rock wool energy
153
25,3%
Heat losses
85
14,0%
Furnace flue gas
out
368
60,7%
Basalt preheat
115
19,0%
Preheat flue gas out
252
41,7%
12,0
Crown
4,5
Burners, chimneys
and other holes
14.4
Total
85,5
Given a rock wool production rate of 495 kg/h, it is
possible to calculate 621,2 kJ/kg of heat losses per
unit of product (term D) in the heat balance equation.
The last parameter to evaluate is the amplification
factor N, which takes into account the combustion
efficiency. Since there is no combustion air preheating, then Ha = 0. The flue gas temperature Tfg at the
furnace exit must be determined in order to calculate Hf..
Oil flames are luminous because of the presence of
small solid particles, and radiate over a continuous
spectrum. For a default flame, taking into account
an emissivity value εf greater or equal to 0,4 and a
heat flux of 90 kW/m2, the temperature of irradiation, which coincides with flue gas temperature Tfg,
is 1486°C. From these data, an amplification factor
of 2,54 and an oil fuel flow rate of 53 kg/h are calculated (in good agreement with experimental data),
which in turn yield an average basalt melt temperature of 1350°C.
44
[kW]
Heat losses [kW]
A question arises: is it better to preheat basalt or the
combustion air, as is usually done in glass furnaces?
To find the answer, we calculated a new heat balance for the same furnace, this time considering that
basalt enters the melting chamber at room temperature and combustion air is preheated; in particular,
we determined the air preheating temperature that
must be reached in order to obtain the same amount
of fuel flow, i.e. the same oil consumption rate. This
happens at 621°C, temperature that can only be
achieved with a two-stage metallic heat exchanger.
Table 4 shows the thermal balance parameters determined under these conditions.
The transition from oil to natural gas is worth a careful
evaluation too. In this case, it is assumed that working
conditions (temperature and pull) remain the same.
However, the heat emission of a gas flame is different from that of an oil flame, because the radiation is
not continuous over all the spectrum, but is restricted
to certain bands of wavelength. The most important
gases to be taken into account in order to evaluate the
heat emission of a natural gas flame are CO2 and H2O.
studies
studi
The actual determination of the layer thickness s is
often difficult, but this parameter can be approximately evaluated3) from the equivalent diameter deq
of the space filled with gas:
with air preheat to 621°C
Fuel
[kW]
[%]
606
81,4%
V
s ≈ ddeqeq  4 
A
V = volume [m3];
Air preheating
138
18,6%
A = surface of the space occupied by gases [m2].
Basalt
268
36,0%
Furnace heat losses
85
11,4%
Furnace flue gas
out
391
52,5%
252
41,7%
In this case, a layer thickness of 0,4 m is calculated.
Due to the lower thickness of the layer (s = 0,4 m),
the change from fuel oil to natural gas leads to a
considerable reduction in the flame emissivity: from
εf,oil = 0,4 to εf,gas = 0,08. Even if we double the value
of s to take into account the contribution of the radiation reflected by furnace walls, for natural gas
we obtain an increase of 141°C in the temperature
of the flame with respect to oil: therefore, the flue
gas temperature in this case is 1628°C.
Table 5 summarizes the thermal balance parameters
in the hypothesis of passing from oil to natural gas.
The heat emission intensity (emissivity) depends on
the layer thickness, the partial pressure and the gas
temperature Tfg. Schack2) gives the following empirical formulae for calculating the radiation flux density:

Q
QCO2
C
O 2  10,35  p C
O 2 s


0,4
 T  3,2  T  3,2  T
g
   p    g
 
T
 100 
 100 
 p

 
Q H 2O  46,52 - 84,9  p H 2O  s  p H 2O  s

0,6
0,65




 T  2,321,37p H 2O s 
g

 
 100 

QCO2; QH2O: radiation flux density from CO2 and
H2O [W/m2];
pCO2; pH2O: partial pressure of CO2 and H2O [atm];
s: layer thickness [m].




1/ 3
 Tp 

 
 100 

 



2,32 1,37 p H 2 O s 1 / 3
The higher temperature of flue gases leads to a
change in boundary conditions: the charge can now
be preheated to higher temperatures. The maximum
temperature that basalt can withstand is around
1000°C, and the heat balance under these conditions (Table 6) shows that the increase in basalt preheating temperature can partially compensate the
energy loss connected to the higher temperature of
flue gases.
45
2-2012
studies
studi
2-2012
Conclusions
and natural gas as fuel
[kW]
[%]
Natural gas in
1035
100,0%
Rock wool energy
153
14,8%
Heat losses
85
8,2%
Furnace flue gas
out
797
77,0%
Basalt preheat
115
11,1%
682
65,9%
and natural gas as fuel
[kW]
[%]
Natural gas in
816
100,0%
Rock wool energy
130
15,9%
Heat losses
85
10,4%
Furnace flue gas
out
602
73,7%
Basalt preheat
139
17,0%
Preheat system flue
gas out
46
463
56,7%
The furnace considered in this paper is relatively
small, with a combustion density of 380 kW/m3, higher than that of typical glass furnaces (120 kW/m3).
Such a high value can be achieved because basalt
does not require a long residence time for homogenization and fining during the melting process.
Even considering that it is possible to pre-heat the
basalt charge at higher temperatures, this study
shows that the conversion from oil to natural gas
leads to an increase in energy consumption.
In order to counterbalance such increase, this study
suggests to increase the furnace size, because this
would enhance the radiant performances of natural gas flames, and to compensate for the increased
heat losses with better refractory insulation.
References
1. R.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfoot
“Transport Phenomena”, John Wiley & Sons
Inc, New York, 1960
2. A. Schack “La trasmissione industriale del
calore”, Ulrico Hoepli, Milano, 1965
3. W. Trier “Glass Furnaces” Society of Glass
Technology, Sheffield, 1987
Authors
Murano
[email protected]
studies
studi
Possibilità di impiego delle scorie per la produzione
di lane di roccia e lane minerali negli impianti europei
Piero Ercole
•
•
•
Studio del problema
Programma dei test di laboratorio
Produzione di lana di vetro, risultati e problemi
Studi preliminari
In questa relazione vengono riportati gli studi preliminari effettuati per dimostrare che le scorie (bottom ash) e le ceneri volanti (fly ash) uscenti dai forni
per l’incenerimento dei rifiuti solidi urbani, miscelate con quantità marginali di materie prime naturali, possono costituire una nuova materia prima per la
produzione di lana di roccia e/o di lane minerali, che
trovano largo impiego come isolanti termici ed acustici e hanno avuto in Europa, negli ultimi 10 anni,
uno sviluppo produttivo e commerciale enorme.
L’idea, come verrà nel seguito spiegato, è nata:
• Dal confronto della composizione chimica delle bottom e delle fly ash con quella della roccia
basaltica, attualmente impiegata in modo prevalente.
• Dallo studio dell’attuale processo di produzione.
• Dall’esame, per ora solamente qualitativo ma
oggettivamente attendibile, dei vantaggi tecnici
ed economici che la nuova soluzione potrebbe
apportare.
Storia delle lane minerali e della loro attuale produzione in Europa
La prima lana minerale è stata prodotta nel 1864 e
i primi brevetti sono stati ottenuti intorno al 1870,
ma il mercato ha incominciato a crescere in modo
significativo solamente durante la seconda guerra
mondiale, quando la richiesta di case prefabbricate
a basso prezzo per sostituire quelle danneggiate è
cresciuta moltissimo. La produzione dei soli Stati
Uniti, nel 1943, ha superato le 500.000 ton/anno.
Ancora oggi, la lana minerale viene venduta sotto
forma di rotoli isolanti a bassa densità, di piastre a
media e alta densità, di materiale sciolto per l’isolamento delle tubazioni.
I principali mercati per questi prodotti sono:
• Isolamento delle costruzioni edili adibite ad abitazione (pareti, tetti, pavimenti ecc.).
• Installazioni tecniche industriali (tubazioni di
processo, serbatoi, impianti chimici ecc).
• Protezioni dal fuoco e acustiche (assorbimento
dei suoni unitamente ad isolamento termico).
Negli ultimi anni, l’impiego di lane minerali è cresciuto molto anche in Europa, tant’è che oggi il
settore che comprende le lane di vetro e di roccia
rappresenta il 10% circa della produzione totale
dell’industria del vetro Europea.
Il termine “fibra di vetro” viene anche usato per definire la lana di vetro, ma è importante precisare che
le fibre corte impiegate come materiali per l’isolamento termico non devono essere confuse con quelle a filamento continuo che si ottengono con processi più complessi e vengono impiegate per scopi
totalmente diversi.
Al fine di dimensionare la potenzialità del mercato
italiano e definirne le grandi possibilità di sviluppo,
nel seguito vengono riportati i dati di produzione relativi all’anno 2005 in tutti gli Stati Europei.
La produzione è aumentata tra il 1996 e il 2005 da
2.0 a 3.6 milioni ton/anno per un valore complessivo
47
2-2012
studies
studi
2-2012
di 3000 Milioni di € e occupa 21000 persone in 62
impianti.
Nella Tabella 1 è riportata la distribuzione geografica nell’area Europea degli impianti del settore e la
produzione di ogni Stato in termini di ton/anno e in
percentuale rispetto al totale, che evidenzia chiaramente che la produzione dell’Italia è circa un decimo rispetto a quella di Nazioni con lo stesso numero di abitanti e con un clima non sostanzialmente
diverso.
La Tabella 2 mette invece in evidenza il numero di
impianti Europei attivi nel 2005 in funzione degli
intervalli di produzione specificati.
Le lane di vetro e di roccia sono fra loro intercambiabili, ma va detto che le loro prestazioni sono
molto differenziate, in quanto la lana di roccia è più
adatta per le alte temperature e per la protezione
dal fuoco, mentre la lana di vetro viene impiegata
a temperature inferiori ed è meno efficiente alle alte
temperature.
Tab. 1 - Numero di impianti per la produzione di lana di roccia in Europa,
loro distribuzione geografica e percentuale di produzione nei vari Paesi
Stati
Austria
Belgio
Bulgaria
Cipro
Repubblica Ceca
Danimarca
Estonia
Finlandia
Francia
Germania
Grecia
Ungheria
Irlanda
Italia
Lettonia
Lituania
Lussemburgo
Malta
Olanda
Polonia
Portogallo
Romania
Slovacchia
Slovenia
Spagna
Svezia
Regno Unito
Totale
48
N° di impianti
2
2
0
0
2
3
0
5
5
10
1
3
1
2
0
1
0
0
2
6
1
1
1
3
4
3
5
63
Produzione annua europea per Paese
Ton/anno
% rispetto al totale
68400
1,89
147600
4,07
0,00
0,00
122400
3,38
208800
5,76
0,00
205200
5,66
370800
10,23
658800
18,17
28800
0,79
79200
2,18
7200
0,20
54000
1,49
0,00
50400
1,39
0,00
0,00
324000
8,94
486000
13,41
21600
0,60
21600
0,60
79200
2,18
108000
2,98
176400
4,87
151200
4,17
255600
7,05
3625200
100,00
studies
studi
Il mercato più importante per le lane minerali è l’industria edilizia, che utilizza fino al 70% della produzione
totale. Tale percentuale può variare da Paese a Paese
dell’Unione Europea, in quanto è fortemente influenzata dalle condizione climatiche e dalle legislazioni
dei vari governi in materia di risparmi energetici.
Il basso livello di temperatura a cui operano i materiali isolanti nell’edilizia consente l’impiego di
una vasta varietà di materiali isolanti alternativi. Fra
questi, i più comuni sono le schiume di materie plastiche (poliuretani e polistiroli espansi), la fibra di
cellulosa, la vermiculite e la perlite. Anche se nessuno dei suddetti materiali può competere con le
lane minerali per il prezzo, le prestazione termiche,
l’abbattimento del rumore, l’infiammabilità e la facilità di installazione, tutti hanno un loro spazio nel
mercato.
Confronto fra le composizioni chimiche delle
lane minerali isolanti e quella delle bottom ash
Nella Tabella 3 sono riportate le composizioni chimiche delle lane minerali in confronto a quella delle
bottom ash uscenti dagli inceneritori dei rifiuti solidi urbani.
L’esame dettagliato dei tre casi riportati in tabella
mette in evidenza quanto segue:
•
Produzione di lana di vetro
L’impiego delle bottom ash per la produzione di lana
di vetro è possibile, ma richiede un apporto consistente di ossidi alcalini (Na2O e/o K2O) e, conseguentemente, un consumo importante di Carbonato
di Sodio e/o di rottame di vetro sodico calcico.
Tab. 2 - Numero di impianti per la produzione di lana di roccia operativi in Europa ripartiti
in funzione dell’intervallo di produzione indicato
N.B. La produzione annuale è stata calcolata considerando 365 giorni/anno
Intervallo di capacità
produttiva ton/g
< 27
27- 82
82 - 164
164 - 274
> 274
Intervallo in ton/anno
< 10000
10000
30000
30000
60000
60000
100000
> 100000
N° impianti per gruppo
2
14
23
17
6
Tab. 3 - Tipiche composizioni chimiche delle “lane minerali” isolanti in confronto a quella delle
scorie che si ottengono come residuo degli inceneritori dei rifiuti solidi urbani
N.B. L’analisi delle scorie riportata in tabella è quella avuta da SASIL nel settembre 2008
Lane minerali
SiO2
Ossidi
alcalini
Ossidi
alcalino
terrosi
B2O3
Fe2O3
Al2O3
TiO2
P2O5
Lana di vetro
57 - 70
12 - 18
8 - 15
0 - 12
< 0.5
0-5
Tracce
0-3
Lana di roccia
38 - 57
0.5 - 5
18 - 40
Tracce
0.5 - 12
0 - 23
0.5 - 4
0-3
Lana di slag
38 - 52
0.5 - 3
30 - 45
Tracce
0-5
5 - 16
5 - 16
Tracce
58,3
2,3
20,8
Tracce
5,0
12,0
n.d.
n.d.
Scorie incener.
49
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studies
studi
2-2012
Calcoli effettuati sulla base delle composizioni chimiche delle scorie disponibili hanno evidenziato
che la miscelazione, in rapporto opportuno, di queste con i succitati componenti consente di centrare
la composizione ottimale.
Il ciclo di produzione della lana di vetro è complesso, non solo perché il materiale deve essere portato
allo stato fuso, ma perché, dopo aver formato la fibra con un processo che prevede il condizionamento
termico del vetro e la filatura con filiere centrifughe,
il prodotto deve essere rivestito con appretti organici
di vario tipo, fra cui resine termoindurenti che, successivamente, vengono indurite a 250°C. La fibra
viene poi raffreddata, tagliata, rifilata, impacchettata
e imballata.
Inoltre, nelle fasi di fusione, rivestimento e raffreddamento, si formano vapori e fumi che contengono
sostanze che derivano dalle resine impiegate, che
devono essere trattati prima di essere immessi in atmosfera.
L’investimento necessario per realizzare un impianto competitivo è quindi piuttosto elevato, e potrà
essere quantificato solamente dopo un opportuno
approfondimento delle varie fasi del processo sopra
brevemente accennate.
Produzione di “lana di roccia”
•
La trasformazione delle bottom ash in lana di roccia
è più conveniente per le ragioni seguenti:
o Le correzioni necessarie per rientrare nel
campo di composizioni chimiche delle lane
di roccia sono molto più modeste.
o Tali aggiustaggi non richiedono l’impiego di
rottame di vetro sodico calcico.
o L’impiego, nella miscela, di una modesta
aliquota di loppa d’alto forno, il cui consumo per altri impieghi oggi si è pesantemente
ridotto, è sufficiente per ottimizzare la composizione della lana di roccia.
o Il processo di produzione è molto semplificato rispetto a quello della lana di vetro,
in quanto la formazione della lana può essere ottenuta con una filatrice centrifuga
che riceve direttamente il vetro molto caldo
(1400°C) dal forno (a fritta) a basso battente.
50
o Si ottiene un prodotto isolante con un mercato più aperto per le sue migliori caratteristiche di resistenza al calore e al fuoco.
In linea di principio, tenuto conto delle dimensioni
del mercato Europeo della lana di roccia (3625200
ton/anno nel 2005, di cui solamente 54000 - pari
all’1,5% - prodotte in Italia), non dovrebbe essere
un problema smaltire i quantitativi di bottom ash disponibili nel Nord Italia e commercializzare la lana
di roccia isolante da esse ottenibile.
Considerazioni sulle varie possibilità di utilizzare
le bottom e le fly ash per produrre lana di roccia
Alla luce di quanto sopra esposto, è evidente che
esistono più possibilità di utilizzare le bottom e le
fly ash per produrre lane isolanti e in particolare
lana di roccia.
Tra queste, le più facilmente praticabili sono:
a. Impiego della sola bottom ash per ottenere
una miscela depurata da fornire alle vetrerie
che oggi impiegano roccia basaltica.
b. Impiego delle bottom e delle fly ash per ottenere una miscela da alimentare a un forno
continuo a basso battente di vetro per ottenere lana di roccia direttamente commerciabile.
c. Miscela di bottom e fly ash, rottame di vetro
sodico calcico e altri correttivi da alimentare
Fig. 1 - Lana di roccia risultante dalla fusione di bottom
e fly ash
studies
studi
a un forno a basso battente per ottenere una
fritta da utilizzare per produrre lana di vetro.
Nel seguito vengono riportate alcune considerazioni
relative ad ognuna delle ipotesi di soluzione sopra
elencate:
a. Impiego della sola bottom ash per ottenere
miscele per lana di roccia da fornire alle vetrerie in sostituzione della roccia basaltica
Nella Tabella 4 sono riportate alcune soluzioni di
miscela a base di bottom ash per produrre lane di
roccia e di slag.
L’esame dei dati in essa riportati evidenzia che:
• Nel caso della lana di roccia, è possibile ottenere vetri adatti allo scopo operando con
percentuali di loppa d’altoforno comprese
fra il 20 e il 30 % e percentuali di bottom ash
comprese fra l’80 e il 70%
• Nel caso della lana di slag, un buon risultato
può essere ottenuto operando con una percentuale di loppa d’altoforno compresa fra il
70 e l’85% e di bottom ash comprese fra il
15 e il 30%.
Queste soluzioni possono potenzialmente garantire
l’apertura di un grosso mercato e quindi favorire lo
Tab. 4 - Studio mirato a definire le miscele utili per produrre lana di roccia e lana di slag
utilizzando le bottom ash e loppa d’altoforno come ulteriore afferitore di CaO
Ossidi
Lana di roccia
Loppa
Scorie
20%
25%
d’altoRSU Analisi Loppa Loppa
forno
Med
%
80%
75%
%
Roccia
Scorie Scorie
30%
70%
Analisi
Loppa
Loppa
Med
70%
30%
Slag
Scorie
Scorie
75%
Loppa
25%
Scorie
80%
Loppa
20%
Scorie
85%
Loppa
15%
Scorie
SiO2
37,50
58,30
47,15
54,14
53,10
52,06
44,44
43,74
42,70
41,66
40,62
Al2O3
11,97
12,00
11,41
11,99
11,99
11,99
10,37
11,98
11,98
11,98
11,97
Fe2O3
0,26
5,00
6,20
4,05
3,82
3,58
2,47
1,68
1,45
1,21
0,97
TiO2
0,47
1,10
2,23
0,97
0,94
0,91
0,99
0,66
0,63
0,60
0,56
MnO
0,45
0,00
0,00
0,09
0,11
0,14
0,00
0,32
0,34
0,36
0,38
CaO
39,55
20,80
28,78
24,55
25,49
26,43
40,00
33,93
34,86
35,80
36,74
MgO
8,12
0,00
0,00
1,62
2,03
2,44
0,00
5,68
6,09
6,50
6,90
BaO
0,11
0,00
0,00
0,02
0,03
0,03
0,00
0,08
0,08
0,09
0,09
K2O
0,30
0,00
0,00
0,06
0,08
0,09
1,73
0,21
0,23
0,24
0,26
Na2O
0,26
2,30
2,73
1,89
1,79
1,69
0,00
0,87
0,77
0,67
0,57
C
0,16
0,00
0,00
0,03
0,04
0,05
0,00
0,11
0,12
0,13
0,14
S
0,85
0,00
0,00
0,17
0,21
0,26
0,00
0,60
0,64
0,68
0,72
PbO
0,00
0,50
0,00
0,40
0,38
0,35
0,00
0,15
0,13
0,10
0,08
B2O3
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
P2O5
0,00
0,00
1,49
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Totale
Lana di slag
100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
51
2-2012
studies
studi
2-2012
smaltimento di parte delle scorie prodotte dagli inceneritori attivi in Italia. Esse, per contro, possono
decollare solamente se la miscela produrrà un vetro
filabile di composizione chimica costante e se non
conterrà materiali non vetrificabili (ferro, alluminio,
ceramica grossolana ecc). Questi creerebbero problemi di continuità della formazione della fibra corta che forma le lane.
Una parte degli impianti esistenti, potenziali utilizzatori delle miscele riportate nella Tabella 4, utilizza, per la fusione delle materie prime, il forno a
cupola che riceve dall’alto strati alternati di miscela
e carbone (coke) e nel quale viene insufflata aria, a
volte arricchita con ossigeno.
La combustione del coke produce il calore necessario per portare la massa allo stato fuso e per raggiungere la temperatura, nella zona più calda, di 2000°C.
In queste condizioni, la presenza di sesquiossido di
ferro non è un problema, perché le condizioni molto riducenti trasformano il Fe2O3, presente in forti
concentrazioni nelle materie prime, in ferro metallico che, allo stato fuso, deve essere drenato periodicamente dal fondo del forno a cupola in quanto la
sua presenza, anche minima, nel vetro che alimenta le filiere centrifughe interromperebbe il flusso e
quindi la produzione.
L’alluminio, al contrario, non è tollerabile sia perché attacca il refrattario delle pareti del bacino, sia
perché genera lo stesso inconveniente dell’eventuale presenza di ferro allo stato metallico.
Gli impianti più aggiornati impiegano forni a combustione di gas naturale muniti di preriscaldatori
della miscela, oppure forni elettrici.
Il processo di filatura e rifinitura della “lana di roccia” è molto simile a quello descritto a proposito
della “lana di vetro”. Valgono pertanto le considerazioni espresse circa l’investimento necessario per
realizzare l’impianto industriale.
b. Impiego delle bottom e delle fly ash per ottenere una miscela da alimentare ad un forno
continuo a basso battente di vetro (a fritta) per ottenere lana di roccia direttamente
commerciabile
Anche questa soluzione non pone, in linea di principio, problemi per ottenere una composizione chimi52
ca del vetro e proprietà fisiche tali da poter garantire
l’esercizio continuo della filiera centrifuga per fibra
corta. Tuttavia, la presenza di cloro e di diossine nelle fly ash crea difficoltà non sempre superabili con
soluzioni convenzionali e problemi tecnici che richiedono lo sviluppo di tecnologie originali. A questo proposito, è attualmente allo studio, con risultati
molto promettenti, un processo che prevede di portare in soluzione la maggior parte dei cloruri presenti nelle fly ash e di ottenere un residuo inorganico
che ne è quasi esente, impiegabile senza problemi
particolari.
Nella Tabella 5 sono riportate le analisi delle fly ash
abbattute dal filtro elettrostatico e di quelle fermate
dal filtro a maniche posto subito a valle.
Tab. 5 - Composizione chimica delle fly ash
abbattute dal filtro elettrostatico e da quello
a maniche posto a valle del primo
Filtro
Filtro a
Ossidi %
elettrostatico
maniche
SiO2
14,89
4,79
Na2O
2,98
24,82
CaO
41,48
12,25
BaO
0,13
0.05
K2O
2,26
4,36
PbO
0,03
0,25
MgO
2,61
1,03
Al2O3
9,75
1,74
SrO
0,06
0,02
Fe2O3
4,26
0,65
Cr2O3
0,10
0.06
SnO2
0,44
SO3
0,22
2,83
TiO2
2,47
0,56
MnO
0,13
0.03
Cl
4,93
24,37
ZnO
0,65
1,51
Cu2O
0,60
ZrO2
0,065
0,048
Sb2O3
0,41
L.O.I.
11,80
18,80
Totale
99,40
99,65
studies
studi
I dati mettono in chiara evidenza i seguenti aspetti:
• Il 24% di cloro presente nel materiale raccolto dal filtro a maniche non ne consente l’impiego, se non in concentrazioni marginali,
nelle miscele per lana di roccia, in quanto le
emissioni di composti clorati unitamente a
quelle di diossina complicherebbero moltissimo gli impianti per il trattamento dei fumi
in uscita dal forno, con una serie di difficoltà
facilmente immaginabili.
• L’analisi del materiale raccolto dal filtro elettrostatico (Cloro = 5%) semplifica notevolmente il problema delle emissioni di questo
componente, pur limitando l’impiego delle
fly ash a livelli molto bassi, al fine di non caricare cloro al di sopra del livello di saturazione teorico del vetro fuso (1.5% circa).
•
Il problema dell’emissione delle diossine,
non emerso nelle prove discontinue effettuate alla Stazione Sperimentale del Vetro, si è
presentato in misura massiccia nelle prove
continue effettuate su scala industriale.
L’utilizzo delle fly ash dipende quindi dalla soluzione
di questo secondo problema, che sembra anche possibile immergendo rapidamente nel bagno di vetro,
per mezzo di un’apparecchiatura studiata allo scopo,
delle pastiglie di fly ash. Alla temperatura del bagno,
molto superiore a quella del cracking delle diossine,
le macromolecole organiche dovrebbero decomporsi
in molecole semplici del tutto innocue, che possono
essere disperse nell’atmosfera a una temperatura tale
da non permetterne la riformazione.
Tab. 6 - Esito di uno studio preliminare mirato a definire le miscele utili per produrre lana di vetro
utilizzando le scorie scaricare dagli impianti di incenerimento dei Rifiuti Solidi Urbani.
Rottame vetro sodico calcico (Glassy Sand) e Na2CO3 come afferitori di Na2O e K2O
Lana di Vetro
46,6
45
55
55
60
60
Loppa
Analisi
Scorie Glassy
GS
GS
GS
GS
GS
GS
d’altoNaMedia
Ossidi
RSU
Sand
41,3
45
35
40
30
35
forno
2CO3 Lana
%
%
Scorie
Scorie
Scorie
Scorie
Scorie
Scorie
%
di
12.1
10
10
5
10
5
vetro
Soda
Soda
Soda
Soda
Soda
Soda
SiO2
37,50 58,30 72,30
0,00
63,18 60,87 61,34 62,80 64,43 63,53 65,15
Al2O3 11,97 12,00
2,20
0,00
2,49
6,30
6,67
5,65
6,14
5,14
5,64
Fe2O3 0,26
5,00
0,30
0,00
0,50
2,32
2,49
2,00
2,21
1,75
1,97
TiO2
0,47
1,10
0,10
0,00
0,00
0,53
0,56
0,46
0,51
0,41
0,45
MnO
0,45
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
CaO
39,55 20,80 10,00
0,00
11,44 13,96 14,47 13,34 14,12 12,78 13,56
MgO
8,12
0,00
2,00
0,00
0,00
0,98
0,94
1,15
1,12
1,25
1,23
BaO
0,11
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
K2O
0,30
0,00
0,90
0,00
0,00
0,44
0,42
0,52
0,51
0,56
0,55
Na2O
0,26
2,30
12,00 58,10 14,93 14,27 12,78 13,79 10,65 14,30 11,14
C
0,16
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
S
0,85
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
PbO
0,00
0,50
0,05
0,00
0,00
0,24
0,26
0,21
0,23
0,19
0,21
B2O3
0,00
0,00
0,00
0,00
5,97
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
P2O5
0,00
0,00
0,00
0,00
1,49
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Cr2O3 0,00
0,00
0,15
0,00
0,00
0,07
0,07
0,09
0,08
0,09
0,09
Totale 100,00 100,00 100,00 58,10 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
53
2-2012
studies
studi
2-2012
Queste prove verranno effettuate entro l’anno in
corso su scala industriale.
c. Miscela di bottom e fly ash, rottame di vetro
sodico calcico e altri correttivi da alimentare ad un forno a basso battente (a fritta) per
ottenere un vetro in granuli da utilizzare per
produrre lana di vetro
Nella Tabella 6 è riportato il risultato di uno studio
preliminare mirato a definire le miscele utili per produrre lana di vetro utilizzando le bottom ash scaricate dagli impianti di incenerimento dei Rifiuti Solidi Urbani, rottame di vetro sodico calcico (glassy
sand) e Na2CO3 come afferitori di Na2O e K2O.
In tabella non è riportata l’analisi delle fly ash in
quanto può essere aggiunta in modesta sostituzione
delle bottom ash tenendo conto, come nel caso precedente, dell’apporto di cloro e del livello di saturazione teorico del vetro (1.5%).
Anche in questo caso il carico delle fly ash deve
essere effettuato immergendolo nel bagno di vetro,
come già è stato descritto nel caso precedente.
Conclusioni
Gli studi preliminari effettuati hanno chiarito che
esistono concrete possibilità di impiegare le bottom
ash e le fly ash per produrre materiali isolanti come
lane di vetro di roccia e minerali.
I più importanti problemi che devono ancora essere
affrontati sono i seguenti:
• Distruzione delle diossine che possono essere sporadicamente presenti soprattutto nelle
fly ash separate dal filtro a maniche.
• Messa a punto del nuovo processo mirato a
liberare le fly ash dalla presenza dei cloruri
alcalini che contengono, consentendo di non
avere limiti all’impiego del materiale inorganico residuo.
• La purificazione delle bottom ash ad un livello tale che consenta di ottenere un ottimo
prodotto con la necessaria continuità operativa.
• Lo studio sperimentale approfondito di tutte
le soluzioni ipotizzate.
L’ esame dei dati permette le seguenti osservazioni:
• Le analisi relative alle varie soluzioni prospettate mettono in evidenza che è possibile
ottenere un vetro centrifugabile in fibra corta
(lana di vetro) operando con miscele vetrificabile alquanto differenziate:
o Il rottame vetro (glassy sand) può variare fra il 45 e il 60%
o La scoria (bottom ash) nell’intervallo 45-41%
o La scoria può contenere fino al 5%
di fly ash
o Il Na2CO3 può variare nell’intervallo 5-12% ed è ovviamente tanto più
basso quanto più elevata è la quota
di rottame di vetro sodico calcico
(glassy sand) impiegata.
La sperimentazione di questa parte verrà effettuata
non appena sarà disponibile (fine anno) il fornetto
pilota della potenzialità di 0,5 ton/giorno a basso
battente di vetro adatto per la produzione di fritte.
Autore
Piero Ercole
SASIL SpA - Brusnengo, Biella
54
studies
studi
Rock wool production on industrial scale
using bottom ash under-products
from solid waste incinerators
Piero Ercole
•
•
•
Problem study
Laboratory tests program
Glass and mineral wools productions, possible
results and problems
Preliminary studies
This paper shows the results of preliminary studies
aimed to demonstrate that bottom and fly ash, coming
from municipal solid waste incinerators, mixed with
small quantities of natural or recovered raw materials, could be, in the near future, a new and highly
convenient solution for producing both stone and
mineral wools. As yet, these are largely employed as
heat and acoustic insulating materials. In the last 10
years, their production has enormously developed in
Europe, with a great commercial success.
The idea, as it will be explained, was born:
• Comparing the chemical composition of
bottom and fly ash with the one of basaltic
stone, currently used as almost unique raw
material.
• From an in-depht study of the current production processes.
• From the analysis, at present only qualitative but objectively reliable, of technical
and economic advantages that this solution
should bring in the near future.
History of rock and mineral wools and their current production in Europe
The first mineral wool has been produced in 1864
and the first patents have been obtained around
1870, but its market started growing significatively
only during the Second World War, when the demand
of prefabricated houses at low cost, to substitute the
damaged ones, grew very much. In 1943, the United
States production was already about 500.000 ton/
year. Still to date, mineral wool is sold as low density insulating rolls, plates at high and average density, and free material for piping insulations.
The most important markets for these products are:
• Heat insulation for houses (walls, roofs,
floors etc.);
• Industrial technical constructions (process
piping, reservoirs, chemical processes etc.);
• Fire and acoustic protections (sounds absorption together with thermal insulation).
In recent years, the use of mineral wools has grown
a lot in Europe too, and the sector of glass and mineral wools represents about 10% of the total European industrial production of glass.
Sometimes, the term “glass fibre” is also used to
define the glass wool, but it is important to point
out that the short fibres used as thermal insulating
materials should not be confused with the continuous filament ones, produced with more complex processes and employed for quite different scopes.
To define the Italian market capacity and understand its enormous potential, the production values
of all European countries, related to 2005, are reported in Table 1.
According to available data, between 1996 and
2006, the production increased from 2.0 to 3.6 million tons/year and employed about 21000 people in
62 plants.
55
2-2012
studies
studi
2-2012
Table 1 - Number of plants producing mineral wools in Europe,
their distribution in each country and their capacity of production
Countries
Yearly production for each country
No. of plants
Austria
Belgium
Bulgaria
Cyprus
Czech Republic
Denmark
Esthonia
Finland
France
Germany
Greece
Hungary
Ireland
Italy
Latvia
Lithuania
Luxembourg
Malta
Holland
Poland
Portugal
Romania
Slovakia
Slovenia
Spain
Sweden
United Kingdom
Total
2
2
0
0
2
3
0
5
5
10
1
3
1
2
0
1
0
0
2
6
1
1
1
3
4
3
5
63
Tons/year
% on total UE production
68400
147600
1,89
4,07
0,00
0,00
3,38
5,76
0,00
5,66
10,23
18,17
0,79
2,18
0,20
1,49
0,00
1,39
0,00
0,00
8,94
13,41
0,60
0,60
2,18
2,98
4,87
4,17
7,05
100,00
122400
208800
205200
370800
658800
28800
79200
7200
54000
50400
324000
486000
21600
21600
79200
108000
176400
151200
255600
3625200
Table 2 - Number of plants for mineral wool production operating in Europe,
divided according to their production capacity interval
N.B. yearly production calculated considering 365 days/year
Production capacity
ton/day
< 27
27 - 82
82 - 164
164 - 274
> 274
Capacity in ton/year
< 10000
10000
30000
30000
60000
60000
100000
> 100000
2
14
23
17
6
No. of plants
for each group
56
studies
studi
Table 1 shows the geographic distribution of these plants
in Europe and the production of each country, expressed
in ton/year and in percentages referred to the total.
The values clearly show that Italy produces at least
10 times less than other countries with approximately the same number of inhabitants and a similar climate.
Table 2 shows the number of plants for each specified capacity level, indicated in the table.
Glass and mineral wools could be interchangeable,
but their performances are quite different, as mineral wool is more suitable for fire protection, while
glass wool is normally employed for lower temperatures and is less efficient at higher ones.
Although none of these alternative materials can
compete with mineral wool in regard to price, thermal performances, noises control, fire control, safety and easy installation, all of them have their room
on the market.
Comparison between the chemical compositions of
mineral wools and bottom ash
In Table 3 we compare the chemical compositions of
glass and mineral wools and municipal solid waste
incinerators bottom ash.
A detailed analysis of these data clearly shows the
following:
•
The most important mineral wools market is the
building industry, normally using about 70% of total production. This percentage, in the European
Union, can vary from country to country because it
is strongly influenced by climate conditions and by
local government laws on energy saving.
Low operating temperatures of heat insulating materials in building industry allow the use of a large
variety of alternative insulating materials.
Among them, the most common are organic polymers foams (expanded poliuretane and polistirene),
cellulose fibre, vermiculite and perlite.
Glass wool production
The utilization of bottom ash to produce glass wool
is possible, but it requires a consistent contribution
of alkali oxides (Na2O and/or K2O) and, consequently, an important specific consumption of soda
ash (Na2CO3) and/or of soda-lime glass container
cullet.
The calculation made on the basis of the available
bottom ash chemical compositions points out that
the mixture of bottom ash with the above mentioned
components, in convenient ratios, allows to obtain
optimal final chemical compositions of the glasses
needed.
Table 3 - Typical chemical compositions of mineral wool, slag wool and glass wool in comparison
with bottom ash obtained from municipal solid waste incinerators
N.B. The bottom ash analysis is the average of all analysed samples
SiO2
Alkaline
oxides
Alkaline
earth
oxides
B2O3
Fe2O3
Al2O3
TiO2
P2O5
Glass wool
57 - 70
12 - 18
8 - 15
0 - 12
< 0.5
0-5
Trace
0-3
Rock wool
38 - 57
0.5 - 5
18 - 40
Trace
0.5 - 12
0 - 23
0.5 - 4
0-3
Slag wool
38 - 52
0.5 - 3
30 - 45
Trace
0-5
5 - 16
5 - 16
Trace
Bottom ash
58,3
2,3
20,8
Trace
5,0
12,0
n/a
n/a
Mineral wool
57
2-2012
studies
studi
2-2012
On the other hand, it must be underlined that the
glass wool production cycle is complex, not only
because the batch must be perfectly melted using
classic technologies, but because, after forming the
fibre through a process of glass conditioning and
fibre formation with a centrifugal system, the product must be coated with thermo curing resins, then
cooked at 250°C, cooled down, cut, refilled and finally packed and stored.
Moreover, some vapours and waste gases, mostly
due to the resins employed and produced during the
batch melting, short fibre coating, cooking and cooling down, must be treated and purified before their
emission into the atmosphere.
The investments necessary to realize a competitive
plant are obviously rather high. They are quantifiable only after a careful study of all the process
phases and after an analysis aimed to simplify the
technology to achieve a satisfactory control of both
investment and running costs, safeguarding the final
quality of the product.
•
Mineral wool production
The bottom ash transformation into mineral wool is
more convenient due to the following reasons:
o The necessary adjustments to obtain the desired chemical compositions are significantly smaller.
o These arrangements do not necessarily need
the use of soda-lime glass.
o The use in the batch of a small quantity of
blast furnace slag, no more utilized for the
production of soda-lime glass containers
- consequently available at low prices - may
be useful to optimize the chemical composition of the rock wool.
o The production cycle is less complicated
compared with that of glass wool, as the
wool formation can be obtained with a centrifugal system that can receive directly the
very hot glass (1400°C) from the frit furnace.
o The process produces a heat insulating material intended for a very open market, which
is still growing.
Considering the mineral wool European market di58
mension - especially the rock wool market (3625200
ton/year in 2005; only 54000 ton/year equivalent to
1,5% in Italy) -, a significant portion of bottom ash
available in Northern Italy could be utilized for this
production in the future.
Considerations regarding the various possibilities
of employing bottom and fly ash to produce rock
wool
On account of the above, various solutions are
clearly available to employ bottom and fly ash for
the production of insulating wools, particularly of
rock wool.
Among them, the easiest to be realized are:
a. Utilization of bottom ash alone to obtain
a series of batches to be sold to European
glass factories that are currently using basaltic stones.
b. Experimental use of bottom and fly ash to
produce a mineral wool batch to be fed to a
continuous furnace for frit, in order to decide whether the fly ash use is feasible or
not.
c. Experimental study of a batch composition
containing bottom ash with small percentages of fly ash and soda-lime cullet from container glasses, to be fed to a frit furnace for
the production of glass feasible to be converted into glass wool.
In the following pages some observations related
to each of the above mentioned hypothesis are reported.
a. Use of bottom ash alone to obtain batches
to be sold to mineral wools industries now
using basaltic stones
In Table 4, some hypothetic solutions of batches prepared using bottom ash to produce rock wools are
reported.
The data analysis shows the following:
• In case of rock wool, it is possible to produce glasses suitable for our scope employing blast furnace slag percentages from 20
studies
studi
•
to 30%, and bottom ash percentages from 70
to 80%.
In case of slag wool, good results can be
achieved working with a blast furnace slag
percentage from 70 to 85%, and bottom ash
from 15 to 30%.
This solutions could open a large market, thus favouring the use of a relavant fraction of bottom ash
produced from municipal solid waste incinerators
active in Italy.
These new solutions, profitable both for economy
and the environment, could start at industrial level
only if the defined batches would produce glasses
good for workability, constant chemical composition during time, high chemical homogeneity and
free from unmelted materials as iron, aluminium,
ceramic etc., that could create continuity problems
in the short fibre forming.
Part of the existing plants employs a special melting
furnace that receives from the top alternate layers of
batch and carbon (coke) and from the bottom blown
air, sometimes enriched with oxygen.
The carbon combustion produces the heat necessary
to melt the batch and to raise, in the hottest area, a
temperature around 2000°C.
In these conditions, the presence of iron isn’t really a
problem. In fact, the very strong reducing conditions
transform Fe2O3, normally present at high percentages in current raw materials (basaltic stone), into
Table 4 - Studies to define mixtures for the production of rock and slag wools,
using bottom ash and blast furnace slag as further bringer of CaO
Rock wool
Slag wool
Blast Bottom
furnace
ash
Average
slag
from
Oxides
current
analysis MSW analysis
%
%
%
20%
BFS
80%
BA
25%
BFS
75%
BA
30%
BFS
70%
BA
Average
current
analysis
%
70%
BFS
30%
BA
75%
BFS
25%
BA
80%
BFS
20%
BA
85%
BFS
15%
BA
SiO2
37,50
58,30
47,15
54,14
53,10
52,06
44,44
43,74
42,70
41,66
40,62
Al2O3
11,97
12,00
11,41
11,99
11,99
11,99
10,37
11,98
11,98
11,98
11,97
Fe2O3
0,26
5,00
6,20
4,05
3,82
3,58
2,47
1,68
1,45
1,21
0,97
TiO2
0,47
1,10
2,23
0,97
0,94
0,91
0,99
0,66
0,63
0,60
0,56
MnO
0,45
0,00
0,00
0,09
0,11
0,14
0,00
0,32
0,34
0,36
0,38
CaO
39,55
20,80
28,78
24,55
25,49
26,43
40,00
33,93
34,86
35,80
36,74
MgO
8,12
0,00
0,00
1,62
2,03
2,44
0,00
5,68
6,09
6,50
6,90
BaO
0,11
0,00
0,00
0,02
0,03
0,03
0,00
0,08
0,08
0,09
0,09
K2O
0,30
0,00
0,00
0,06
0,08
0,09
1,73
0,21
0,23
0,24
0,26
Na2O
0,26
2,30
2,73
1,89
1,79
1,69
0,00
0,87
0,77
0,67
0,57
C
0,16
0,00
0,00
0,03
0,04
0,05
0,00
0,11
0,12
0,13
0,14
S
0,85
0,00
0,00
0,17
0,21
0,26
0,00
0,60
0,64
0,68
0,72
PbO
0,00
0,50
0,00
0,40
0,38
0,35
0,00
0,15
0,13
0,10
0,08
B2O3
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
P2O5
0,00
0,00
1,49
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Total
100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
59
2-2012
studies
studi
2-2012
metallic iron that melts and has to be periodically
drained from the bottom of the furnace. This technology eliminates the risk of the presence of iron
particles in the melt that could create problems for
the continuity of the short fibre formation.
On the contrary, the aluminium presence cannot be
tolerated because it reacts with the refractory and
can create the same problem described above.
The most updated plants are equipped either with
furnaces heated by fossil combustible (gas or oil)
firing and with batch briquettes preheater, or with
electric furnaces.
The short fibre forming and finishing stages of the
rock wool production process are similar to those
described for glass wool, therefore the considerations regarding the investment necessary to realize a complete production unit are more or less the
same.
b. Experimental use of bottom and fly ash to
prepare a batch to be fed to a continuous
frit furnace for the production of rock wool
This solution, as the others, does not present difficulties to produce glasses with chemical compositions
of rock wool and physical properties good enough
to achieve and maintain the continuity of short fibre
formation.
However, the presence of chlorine and, sporadically, of dioxins in fly ash causes difficulties that
cannot always be overcome with conventional solutions. The presence of these substances sometimes
requires new and original technologies that must be
studied, designed, realized and experimented. One
of these original solutions is under study and will be
available in a short time.
In Table 5, the average analyses of fly ash from the
electrostatic precipitator and from the second abatement (filter bag) are reported.
Data shown in the table point out the following aspects:
• The percentage of chlorine (24%) present in
the material abated by the filter bag does not
allow the use of rock wool in the batches,
60
Table 5 - Chemical compositions of fly ashes
from electrostatic precipitator
and from filter bag
Electrostatic
Filter bag
Oxides %
precipitator
SiO2
14,89
4,79
Na2O
2,98
24,82
CaO
41,48
12,25
BaO
0,13
0.05
K2O
2,26
4,36
PbO
0,03
0,25
MgO
2,61
1,03
Al2O3
9,75
1,74
SrO
0,06
0,02
Fe2O3
4,26
0,65
Cr2O3
0,10
0.06
SnO2
0,44
SO3
0,22
2,83
TiO2
2,47
0,56
MnO
0,13
0.03
Cl
4,93
24,37
ZnO
0,65
1,51
Cu2O
0,60
ZrO2
0,065
0,048
Sb2O3
0,41
L.O.I.
11,80
18,80
Total
99,40
99,65
•
as consequent emissions of HCL and other
chlorine compounds, together with the sporadic presence of dioxins, need more complicated abatement devices, which would
obviously require intolerable investments
and running costs.
On the other hand, the analysis of the material collected by the electrostatic precipitator (chlorine = 5%) could greatly simplify
the emission of the dangerous compounds.
In any case, the quantity of fly ash in the
batch must be reduced to a level low enough
to be sure that the chorine charge does not
overcome the glass saturation limit (solubility about 1.5% on weight, depending on the
melt temperature leaving the furnace).
studies
studi
•
Dioxins emissions, not found in the discontinuous melting tests made at Stazione
Sperimentale del Vetro, have been heavily
encountered in the continuous melting tests.
Therefore, the use of fly ash in the batches for mineral wools is, in my opinion, strictly linked to the
results of the study mentioned before, based on a
technology to extract the NaCl to be recovered with
water, obtaining a residual wet inorganic material,
employable with bottom ash without any problem.
The study of this solution is now in progress and
the results already achieved are really more than
encouraging.
c. Batches containing bottom and fly ash with
soda-lime cullet from glass container glasses and other small components to be fed to
a frit furnace with a very low glass level to
obtain a glass usable for the production of
glass wool
In Table 6, the results of a preliminary study aimed
to define a number of batches formulations to produce glasses useful for making glass wool are reported.
The study foresees the use of bottom and fly ash coming from municipal solid waste incinerators plants,
and, as Na2O and K2O bringers, soda-lime cullet
from container glasses and soda ash (Na2CO3).
Table 6 - Results of a preliminary study to define the compositions of a number of batches useful
for the production of glass wool utilizing bottom and fly ash coming from municipal solid waste
incinerators plants and, as Na2O and K2O bringers, soda lime cullet from glass container glasses
and soda ash (Na2CO3)
Glass wool
Bottom
Blast
ash
Oxides furnace from
slag % MSW
%
Soda
lime
cullet
%
SiO2
37,50 58,30 72,30
Al2O3 11,97 12,00
2,20
Fe2O3 0,26
5,00
0,30
TiO2
0,47
1,10
0,10
MnO
0,45
0,00
0,00
CaO
39,55 20,80 10,00
MgO
8,12
0,00
2,00
BaO
0,11
0,00
0,00
K2O
0,30
0,00
0,90
Na2O
0,26
2,30
12,00
C
0,16
0,00
0,00
S
0,85
0,00
0,00
PbO
0,00
0,50
0,05
B2O3
0,00
0,00
0,00
P2O5
0,00
0,00
0,00
Cr2O3 0,00
0,00
0,15
Total
100,00 100,00 100,00
Na2CO3
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
58,10
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
58,10
Glass
wool
average
analysis
%
46,6
cullet
41,3
bottom
ash
12.1
soda
45
cullet
45
bottom
ash
10
soda
55
cullet
35
bottom
ash
10
soda
55
cullet
40
bottom
ash
5
soda
60
cullet
30
bottom
ash
10
soda
60
cullet
35
bottom
ash
5
soda
63,18 60,87 61,34 62,80 64,43 63,53 65,15
2,49
6,30
6,67
5,65
6,14
5,14
5,64
0,50
2,32
2,49
2,00
2,21
1,75
1,97
0,00
0,53
0,56
0,46
0,51
0,41
0,45
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
11,44 13,96 14,47 13,34 14,12 12,78 13,56
0,00
0,98
0,94
1,15
1,12
1,25
1,23
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,44
0,42
0,52
0,51
0,56
0,55
14,93 14,27 12,78 13,79 10,65 14,30 11,14
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,24
0,26
0,21
0,23
0,19
0,21
5,97
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
1,49
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,07
0,07
0,09
0,08
0,09
0,09
100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
61
2-2012
studies
studi
2-2012
The table does not contain the fly ash analysis. The
weight of this component can be calculated considering the bottom ash analysis and its overall chlorine content and, as already explained, the maximum saturation of the melt. At the same time, it must
be taken into account that the technology for fly ash
depuration is in progress with interesting results.
The data analysis allows the following consideration:
• The analysis of the various solutions examined points out that it will be possible to
obtain glasses workable with a centrifugal
system to make short fibre (glass wool) using
batch compositions rather different:
soda-lime cullet from glass container glasses can vary between 45 and 60%;
bottom ash from 41 to 45%;
fly ash about 5%;
soda ash (Na2CO3) from 5 to 12%; it obviously lowers when soda-lime glass is higher
and vice-versa.
Caption
Figure 1 - Wool resulting from the fusion of bottom
and fly ash
Trials on this part will be made as soon as the small
frit pilot furnace with a capacity of 0.5 tons/hour will
be available, probably by the end of the current year.
Conclusions
These preliminary studies clarified the various possibilities to employ both bottom and fly ash to produce heat insulating materials as glass, rock and
mineral wools, very useful for energy saving, natural resources protection and, at the same time, to
achieve a high added value.
The most important problems to be faced and solved
in future pilot plant trials are:
 The chemical destruction of dioxins sporadically present, mainly in fly ash separated by
filter bags;
 The new process aimed to obtain fly ash free
from chlorides content;
 The bottom ash purification process to obtain an optimal quality level with the necessary continuity;
 The experimental in-depth studies of all described production hypothesis.
62
Author
Piero Ercole
SASIL SpA - Brusnengo (Biella), Italy
cultura del vetro
Vetro Murrino, da Altino a Murano
Mostra
“Vetro Murrino,
da Altino a Murano”
Sede
Museo Archeologico Nazionale
di Altino e Museo del Vetro di
Murano
Date
inaugurazione
15 giugno ore 17.30 Altino;
16 giugno ore 11.30 Murano
apertura mostra
17 giugno 2012 - 6 gennaio 2013
Patrocinio
Corning Museum of Glass,
NY, USA
A seguito del successo riscosso dalla mostra “Altino. Vetri
di laguna”, promossa presso il
di Altino, dal 15 maggio 2010
al 30 giugno 2011, l’omonimo
Comitato promotore ha deciso
di estendere la propria mission
alla più generale valorizzazione
e diffusione della cultura del vetro dall’epoca romana ai giorni
nostri.
A tal fine, propone per il 2012
una nuova iniziativa denominata “Vetro Murrino, da Altino a
Murano”. Il tema della mostra
è la tecnica della murrina nelle
sue varie espressioni, dall’epoca
romana nell’area veneta, all’attualità muranese. Si tratta di un
evento espositivo organizzato
al contempo in due sedi, Altino
e Murano, proponendo una sorta di ‘comparazione’ tra i vetri
63
2-2012
2-2012
cultura del vetro
murrini romani e la rielaborazione degli stessi fatta alla fine del
XIX secolo dai vetrai muranesi,
ma, al tempo stesso, valorizzando il territorio veneto, attraverso
connessioni ricche e feconde.
Il vetro murrino costituisce un
settore importantissimo della vetraria d’arte, sia in epoca archeologica che in tempi assai più
recenti. Va evidenziato che una
mostra su questo tema attira l’attenzione degli studiosi ma anche
di un pubblico estremamente più
vasto, dato l’innegabile fascino
dei vetri murrini, caratterizzati da vivaci policromie e da una
inesauribile varietà di motivi decorativi. Inoltre, la dislocazione
della mostra in due sedi, Altino,
la città progenitrice di Venezia, e
Murano, contribuisce ad evidenziare lo stretto collegamento tra
la vetraria romana e quella veneziana, da tutti riconosciuto, anche
se i modi e i tempi della evoluzione dall’una all’altra non sono
stati ancora pienamente definiti.
Tema
La tecnica della murrina consiste essenzialmente nella fusione
a caldo di tessere vitree monocrome o policrome, come i cosiddetti millefiori, al fine di ottenere placchette, piatti, ciotole.
La murrina quindi non necessita della soffiatura ma la piastra
murrina, ottenuta con la vetrofusione, può anche essere modellata in una seconda fase della lavorazione con la soffiatura.
La lavorazione di alcuni reperti
romani in forma di balsamario
sembra essere stata conclusa in
64
effetti con la soffiatura, ma sono
stati i vetrai veneziani del XIX,
XX e XXI secolo a sviluppare
al meglio l’abbinamento della
tecnica murrina con la soffiatura,
ottenendo risultati straordinari
sia sotto l’aspetto tecnico che
estetico. Questo recupero aprì
loro nuovi orizzonti, basti pensare a personalità del calibro di
Carlo Scarpa, Paolo Venini e,
non ultimo, Lino Tagliapietra.
Altino
Il progetto prevede l’esposizione
nella sede del Museo Archeologico Nazionale di Altino di opere vetrarie romane realizzate con
questa tecnica, non solo emerse
dagli scavi del sito archeologico
altinate, ma anche provenienti
da altri siti archeologici compresi nella giurisdizione della Soprintendenza Archeologica del
Veneto, che corrisponde a larga
parte della antica X Regio, Venetia et Istria, la quale vantava
dei rapporti privilegiati sia commerciali che culturali con le coste orientali del Mediterraneo, la
patria del vetro d’arte.
Saranno inoltre presenti alcuni
significativi reperti provenienti
da Aquileia, il centro più importante, nell’ambito dalla X Regio,
della produzione vetraria romana dell’Alto Adriatico.
Alcuni reperti archeologici murrini sono pressoché integri, altri
restaurati con integrazioni, altri
ancora ridotti a piccoli frammenti.
Tutti comunque rivestono un notevole interesse scientifico. Non
risulta inoltre che le murrine archeologiche del Veneto siano state
esposte in passato fianco a fianco
in una unica mostra, così da permettere confronti e da evidenziare
eventuali analogie o differenze.
In questa sede verranno inseriti
anche alcuni significativi vetri
realizzati a Murano nel XIX e
XX secolo, sulla foggia dei vetri
antichi, per evidenziare l’importanza dell’insegnamento romano
nei confronti del vetro moderno.
Murano
Nel Museo del Vetro saranno
esposte opere in vetro murrino
realizzate a Murano a partire dal
XIX secolo. Furono infatti i vetrai muranesi a recuperare questa
antica tecnica, dopo lunghi studi
sul materiale archeologico del
cultura del vetro
museo muranese ma anche su
materiali di importanti collezioni archeologiche, come quella
del Museo Nazionale di Napoli.
I vetri murrini realizzati dai
vetrai muranesi dell’ottocento
ottennero il primo straordinario successo internazionale alla
Esposizione Universale di Parigi del 1878. Tra la fine del XIX
secolo e l’inizio del XX, i vetrai
di Murano svilupparono questa
tecnica con esiti eccezionali.
A partire dalla collezione esposta dai pittori Vittorio Zecchin e
Teodoro Wolf-Ferrari alla Biennale del 1914, alcuni dei migliori vetri murrini muranesi vennero disegnati da artisti e designer
noti a livello internazionale,
come Carlo Scarpa. Anche i vetrai muranesi, Alfredo Barbini
ad esempio, diedero un notevole
contributo allo sviluppo di questo genere di creazioni.
Il Museo Vetrario di Murano
comprende nelle sue collezioni numerosi murrini ottocenteschi di straordinaria qualità. Per
quanto concerne la produzione
più recente, il museo vanta importantissimi esemplari di Vittorio Zecchin, Teodoro Wolf-Ferrari, Umberto Bellotto.
Vetri contemporanei
Inaugurazione
Il percorso espositivo si concluderà con una sezione dedicata ai vetri
contemporanei. Per questi, verranno invitati dal Comitato Promotore alcuni artisti a realizzare per la
mostra opere in vetro murrino. A
mostra ultimata, tali opere potranno essere donate, a discrezione degli artefici, al Museo del Vetro di
Murano. Saranno inoltre presenti
alcune delle principali aziende del
vetro che esporranno una rassegna
storica della propria produzione in
vetro murrino.
Venerdì 15 giugno 2012 è prevista, alle 17,30, l’inaugurazione
ufficiale della mostra presso il
Museo Archeologico Nazionale di Altino.
L’apertura delle sezioni moderne
e contemporanee avrà luogo sabato 16 giugno, alle ore 11,30,
presso il Museo del Vetro di
Murano.
Per la stampa, è prevista per giovedì 14 giugno una conferenza
stampa a Venezia presso il Museo Correr.
Curatela
Curatori scientifici della mostra
sono Rosa Barovier Mentasti,
Giovanni Moretti e Margherita
Tirelli.
Collegamenti
A richiesta, verrà organizzato
un collegamento via acqua da
Altino a Murano e viceversa
per tutto il periodo della mostra.
Catalogo
Il catalogo della mostra, a cura di
Rosa Barovier Mentasti, Chiara
Squarcina e Margherita Tirelli, sarà pubblicato in due lingue
(italiano/inglese).
Per ulteriori informazioni
http://www.altinovetridilaguna.it
65
2-2012
2-2012
culture of glass
Vetro Murrino, da Altino a Murano
Exhibition
“Vetro Murrino,
da Altino a Murano”
Venue
di Altino (Altino National
Museum of Archaeology)
and Museo del Vetro di Murano
(Murano Glass Museum)
Date
Opening June 15th, 2012 December 31st, 2012
Patronage
Corning Museum of Glass,
NY (USA)
Following the success of the exhibition “Altino. Glass of the
Venice lagoon”, promoted at the
Altino National Archaeological
Museum, from May 15th, 2010
to June 30th, 2011, the eponymous organizing Committee has
decided to extend its mission to
the more general dissemination
of the culture of glass from Roman time to our days.
66
To this end, it proposes for 2012
a new initiative: “Vetro Murrino, da Altino a Murano”.
The topic of the exhibition is the
murrina technique in its various
expressions, from Roman times
to the present days in Murano.
The exhibition, organized in two
locations at the same time, Altino and Murano, aims to offer
a sort of ‘comparison’ between
the Roman murrina glass and
the reproductions realised at the
end of XIX century in Murano,
but at the same time, to enhance
the Veneto region, through a rich
and fertile connection.
The murrina glass is an important production of the glass industry, both in Roman times and
in more recent ones. An exhibition on this theme attracts the
attention of scholars but also of
a wider audience, given the undeniable charm of the murrina
glass, characterized by bright
colours and an endless variety
culture of glass
of decorative motifs. In addition,
the location of the exhibition in
two different sites, Altino and
Murano, helps to highlight the
close link between Roman and
Venetian glass, recognized by
everyone, even if manner and
timing of the evolution from one
to another have not been completely defined yet.
Theme
The murrina technique consists
essentially in the fusion of hot
glass tesserae - monochrome or
polychrome - such as the so-called
millefiori, in order to obtain
plates, dishes, bowls. The murrina technique does not need to
be blown, but the murrina plates,
obtained by fusing, can also be
modelled in a second phase of the
process with the blowing.
The processing of some Roman
remains shaped as balsam bottles seems indeed to have been
concluded with the blowing effects, but the Venetian glassmakers of the 19th, 20th and 21st
Centuries were those who actually developed the best combination of technology with the murrina blowing, getting extraordinary results both from a technical and an aesthetic point of
view. This recovery opened new
horizons for them, just thinking
to personalities such as Carlo
Scarpa, Paolo Venini and, last
but not least, Lino Tagliapietra.
Altino
At the Altino Museum many Roman glassmaking works, made
with this technique, will be exhibited. They come from the excavations at the Altino archaeological site, and from other sites
under the jurisdiction of the Archaeological Superintendence
of Veneto Region, corresponding
to large part of the old X Regio
Venetia et Istria, which boasted
commercial and cultural privileged relations with the eastern
shores of the Mediterranean, the
birthplace of art glass.
Some archaeological finds in
murrina glass are almost intact,
others are restored with additions, others reduced to small
fragments. But all of them are of
great scientific interest. Moreover, it appears that the archaeological murrine of the Veneto
area have never been exhibited
side by side in a single exhibition so far, thus allowing comparisons and highlighting any
similarities or differences.
In this section, some significant
pieces will be also included,
made between ‘800 and ‘900
according to the style of ancient
glass. A special setting will be
provided to highlight their differences with ancient glass.
Murano
At the Murano Glass Museum,
murrina glass works made in
Murano since the 19th Century
will be exhibited. In fact, the
Murano glassmakers recalled
this ancient technique, after indepht studies on the archaeological material preserved at the
Murano Museum, but also on
finds of important archaeological collections, such as the one
at the Naples National Museum.
The Murano murrine of the 19th
Century gained the first great
international success at the Exposition Universelle in Paris in
1878. In late 19th and early 20th
Centuries, the Murano glassmakers developed this technique
with outstanding results.
Starting from the exhibition of
works by the painters Vittorio
Zecchin and Teodoro Wolf-Fer67
2-2012
2-2012
culture of glass
rari at the Biennale in 1914,
some of the finest Murano glass
murrine were designed by well
known artists and internationally renowned designers, such
as Carlo Scarpa and Riccardo
Licata. Even the Murano glassmakers - Alfredo Barbini for example - gave a significant contribution to the development of
such creations.
The Glass Museum in Murano
includes in its collections many
19th-century murrine of extraordinary quality. Regarding the
most recent production, the museum boasts important works by
Vittorio Zecchin, Teodoro WolfFerrari, Umberto Bellotto.
Contemporary-Glass
The exhibition will close with the
display of contemporary pieces.
Some artists, chosen by the Organizing Committee, will therefore be invited to realize, specifically for the exhibition, artifacts
in glass murrine. At the closing
of the event, these works might
be donated - to the authors’ discretion - to the Murano Glass
Museum. The exhibition will
also present some of the main
glass companies that will exhibit
a historical review of their murrine glass production.
Catalogue
The catalogue, edited by Rosa
Barovier Mentasti, Chiara Squarcina and Margherita Tirelli, will
be published in two languages
(Italian/English).
68
Opening
i
Links
Li k
On June 15th, 2012 at 17.30:
official opening of the exhibition
at the Altino National Museum
of Archaeology.
A water transfer from Altino to
Murano and back will be provided upon request during the
exhibition period.
On June 16th, 2012 at 11.30:
opening of the modern and contemporary sections at the Murano Glass Museum.
Curatorship
On June 14th, 2012:
Press conference at Museum
Correr in Venice.
Scientific curators of the exhibition are Rosa Barovier Mentasti, Giovanni Moretti and
Margherita Tirelli.
For further information
http://www.altinovetridilaguna.it
agenda
Rivista della Stazione Sperimentale del Vetro 2-2012
Agenda 2012
Marzo
28-30
Kyoto
Giappone
International Workshop on Photoluminescence of Rare-Earths: Photonic Materials Device (PRE’12)
e-mail: [email protected] - web:www.pre12.org
Aprile
2-5
Shanghai
Cina
China Glass 2012 - CCS (The Chinese Ceramic Society)
e-mail:[email protected] - web: www.ceramso.com
Aprile/Maggio
28-3
Albuquerque (NM)
Stati Uniti
55th SVC Annual Conference (Society of Vacuum Coaters)
web: www.svc.org
Maggio
15-16
Mexico City
Messico
Maggio
15-18
Saratov
Russia
16-19
San Paolo
Brasile
20-24
St. Luis (MO)
Stati Uniti
Giugno
3-6
Maastrich
Olanda
11th ESG Conference, European Society of Glass Science and Technology
(incorporating: the 86th DGG Annual Meeting, ICG Annual Meeting, Glass Trend Seminar
“Glass Technology”, Plansee Session and a session “Laser applications”)
e-mail: [email protected] - web: www.hvg-dgg.de
13-16
Moscow
Russia
Mir stekla 2012 - 14th International Exhibition for Glass Products, Manufacturing,
Processing and Finishing Technology
e-mail: [email protected] - web: www.expocentre-europe.at
13-16
Toledo (OH)
Stati Uniti
Glass Art Society 42nd Annual Conference, Celebrating the 50th Anniversary of Studio Glass "Roots"
web: www.glassart.org
21
Parma
Italia
Giornata A.T.I.V.: Il nuovo quadro normativo italiano sull’uso strutturale del vetro. Cosa cambierà?
Centro Congressi Santa Elisabetta Campus Universitario
web: www.ativ-online.it
24-28
Breda
Olanda
ICCG 2012, International Conference on Coatings on Glass and Plastics
e-mail: [email protected] - web: www.iccg.eu
Luglio
2-6
St. Malo
Francia
ISNOG 2012, International Symposium on Non-Oxide Glasses and New Optical Glasses
2-6
Montpellier
Francia
Fourth ICG Summer School
15-19
Chicago
Stati Uniti
Fourth International Congress on Ceramics
e-mail: [email protected] - web: ceramics.org/?page_id=6128
Settembre
5-7
Cambridge
Regno Unito
Settembre
12-14
Las Vegas
Stati Uniti
GlassBuild America
e-mail: [email protected] - web: glassbuildamerica.com
Ottobre
23-26
DÜsseldorf
Germania
Glasstec 2012: International Trade Fair for Glass Production - Processing - Products
web: www.glasstec-online.com
Novembre
15-16
Parma
Italia
Glassman Latin America
e-mail: [email protected] - web: www.glassmanevents.com
The 6th International Glass Conference "Stekloprogress - XXI" - Saratov Glass Institute Co. Stk
e-mail: [email protected] - [email protected]
Glass South America Tecnologia&Design (10th edition) - NürnbergMesse Brasil
e-mail:[email protected] - web:www.glassexpo.com.br
GOMD 2012: Glass&Optical Materials Division Spring Meeting
e-mail: [email protected] - web: www.matscitech.org
SGT Annual Meeting 2012
web: www.sgt.org
XXVII A.T.I.V. Conference: From a grain of sand to the strength of a structure
Centro Congressi Santa Elisabetta Campus Universitario
e-mail: [email protected] - web: www.ativ-online.it
Agenda 2013
Luglio
1-5
Praga
Repubblica Ceca
XXIII International Congress on Glass
Agenda 2014
Settembre
22-24
Parma
Italia
ESG 2014 - A.T.I.V. (Associazione Tecnici Italiani del Vetro) e SSV
e-mail: [email protected] - [email protected] - web: www.ativ-online.it
69

marzo-aprile 2012 - Stazione Sperimentale del Vetro

Transcript

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