L’articolo, dopo alcune considerazioni generali sull’effetto delle caratteristiche delle polveri ceramiche, illustra alcuni esempi di macchine e processi per la granulazione evidenziandone gli elementi più significativi ai fini del miglioramento della qualità delle piastrelle ceramiche.
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CONSIDERAZIONI GENERALI
In campo industriale i materiali in polvere trovano sempre maggior utilizzo. Numerosi sono infatti i settori in cui sono presenti in modo importante come: l'alimentare, il cementizio, il metallurgico, il farmaceutico, l'industria delle pitture, il ceramico, ecc…. Di pari passo è aumentata anche la necessità di conoscerne più approfonditamente le caratteristiche e il comportamento all'interno del processo produttivo. A dispetto di ciò la reologia delle polveri come scienza si è sviluppata in misura minore rispetto, ad esempio, a quella dei sistemi liquidi. Il settore ceramico rappresenta uno dei settore in cui si sono raggiunti i più significativi risultati nella lavorazione delle polveri; ciò in quanto la polvere ceramica non è un sistema fine a se stesso, ma anche un sistema per la realizzazione di manufatti finiti le cui caratteristiche sono fortemente determinate dalle caratteristiche delle polveri stesse.
Col crescere dell’interesse produttivo e commerciale verso il grès porcellanato si sono moltiplicati gli studi, i convegni, gli articoli e le pubblicazioni in merito. Dalle materie prime alla tecnologia, dalle caratteristiche fisiche e meccaniche a quelle estetiche, dai campi di impiego ai sistemi di posa; tutti gli aspetti inerenti a questo materiale sono stati e sono continuamente aggiornati e approfonditi.
Nondimeno già l’aggregazione dei tanti risultati e parametri con lo scambio libero e aperto di idee e di dati ha arricchito e stimolato ognuno degli interessati ai lavori ed è presagio favorevole agli ulteriori ed immancabili progressi nell’intero settore.
Senza sottilizzare su assolute primogeniture e date di nascita si dà il caso che il grès porcellanato, come genere merceologico di assoluto rilievo industriale stia per compiere 30 anni. Tecnologicamente in campo ceramico, questo periodo rappresenta ben più di una generazione di macchine ed impianti, ma un vero salto di qualità e di concetto sul modo di produrre la piastrella ceramica. La macinazione, il trasporto, la setacciatura, la deferrizzazione, lo stoccaggio delle polveri sono stati successivamente affiancati dai processi inerenti la loro colorazione, granulazione, miscelazione e dosaggio. Il monitoraggio dei processi fisici unitamente alla pesatura ed all’alimentazione delle miscele agli stampi sono alcune delle più recenti innovazioni.
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Effetto delle caratteristiche delle polveri sulla sinterizzabilità.
Diversi i fattori che esercitano un’influenza sul processo di sinterizzazione e che vengono di seguito considerati.
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DISTRIBUZIONE GRANULOMETRICA PRIMARIA DELLA POLVERE. Si intende la distribuzione granulometrica delle polveri come ottenute dalla fase di macinazione. Si riscontra sperimentalmente che polveri con distribuzione granulometrica più fine sinterizzano con maggiore facilità. La ragione è che particelle con diametro minore in crudo hanno maggiori punti di contatto rispetto a quelle con diametro maggiore, per cui sono di più i punti in cui si formano i colli durante la sinterizzazione. Inoltre una distribuzione granulometrica bimodale favorisce il processo di sinterizzazione, in quanto gli spazi lasciati vuoti dalle particelle più grosse vengono colmati da quelle più piccole.
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DISTRIBUZIONE GRANULOMETRICA DEGLI AGGLOMERATI. Si intende la distribuzione granulometrica degli agglomerati ottenuti a seguito di atomizzazione o granulazione. Entrambe le fasi di processo migliorano la scorrevolezza delle polveri, che, per le frazioni fini (as milled) risulta, come detto, molto bassa. A seguito dello schiacciamento degli agglomerati, successivamente alla formatura per pressatura, non si evidenziano effetti sostanziali della distribuzione granulometrica degli agglomerati (a meno del miglioramento dovuto ad un migliore impaccamento).
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LA GRANULAZIONE
La crescente carenza di risorse idriche ed energetiche sta spingendo i settori di ricerca del mondo ceramico a guardare verso nuove modalità produttive, capaci di limitare non solo i consumi di materie prime ed energia, ma anche i costi di produzione, per salvaguardare la competitività dei prodotti. La preparazione degli impasti è notoriamente una delle fasi più critiche dal punto di vista del consumo idrico ed energetico, ed è proprio su questa fase che si sta maggiormente concentrando l’attenzione delle aziende ceramiche e la ricerca del comparto tecnologico. Ecco spiegato brevemente il rinnovato interesse verso la preparazione degli impasti per via secca o nella realizzazione di processi in cui sia minimizzato il consumo idrico ed il conseguente consumo energetico.
Sarebbe però riduttivo limitare la nostra analisi agli aspetti puramente economici. L’introduzione di nuovi sistemi per la macinazione e la gestione delle polveri permette oggi di pensare alla preparazione a secco anche in relazione a prodotti di alta qualità tecnica ed estetica sia in mono che
in bicottura, fino ad arrivare alla realizzazione di piastrelle in grès porcellanato, anche di grandi formati, con caratteristiche analoghe a quelle prodotte con processo ad umido.
Il processo di granulazione risulta essenziale ai fini della produttività e del conseguimento dei risultati estetici e funzionali desiderati. La granulazione è un brevetto con cui LB ha contribuito alla nascita di famiglie di prodotti prima inesistenti. La granulazione è sempre stata vista come operazione per il semplice miglioramenti della scorrevolezza delle polveri; il fulcro dell’innovazione è stato potere creare un nuovo metodo per colorare le piastrelle. L’obiettivo di riprodurre fedelmente l’aspetto dei porfidi naturali ha portato così al perfezionamento del sistema in oggetto, ideato per ottenere particolari effetti estetici sul prodotto finito. Gli impianti di questa tecnologia sono diventati sempre più flessibili, ottenendo diversi obiettivi con ampie possibilità di variazioni. Il fulcro dell’impianto è costituito dal granulatore vero e proprio, macchina che funziona sul principio della fluidificazione meccanica delle polveri.
2.1
La granulazione a secco.
In questa fase il granulo viene ottenuto per compattazione. Il FYSTER (pietra miliare tra i brevetti LB), provoca un processo meccanico di frantumazione e setacciatura di controllo, consegnadoci un granulato su cui è possibile agire in termini di densità tramite la pressione esercitata dalla macchina. Questo metodo a secco si rivela, quindi, la soluzione al problema della produzione di granuli ai quali non vene aggiunto nessun legante.
2.2
La granulazione ad umido.
In questo caso si sfrutta la forza centrifuga tramite una macchina predisposta a lavorare con aggiunta di leganti, che, attraverso un particolare movimento, provoca la proiezione tridimensionale della polvere favorendone la compenetrazione. In tempi brevi si ottiene la omogeneizzazione e l’accrescimento granulometrico desiderato. Il prodotto in uscita è un composto con umidità più elevata di quella richiesta per la pressatura e, pertanto, comporta una essiccazione. Vantaggio della granulazione ad umido consiste nella possibilità di addizionare al prodotto, durante il processo, barbottine colorate. Questa operazione, unica nel suo genere, porta a granuli colorati con effetti unici.
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GRANULATORE GRC. Il granulatore GRC rappresenta la soluzione più avanzata per ogni processo di granulazione ad umido. Versatile ed estremamente affidabile, viene impiegato per numerose attività industriali nel settore chimico, minerario e ceramico. La macchina è composta di un corpo rotante in acciaio INOX AISI 304 diviso in 2 sezioni diverse. La parte iniziale è costituita da un corpo cilindrico, mentre quella terminale presenta una caratteristica forma sinusoidale. Il materiale da granulare viene dosato tramite un alimentatore a coclea ed inserito nel corpo cilindrico, all’interno del quale è installata una barra di miscelazione. Attraverso una serie di ugelli posti sulla barra anche il legante prelevato da uno o più contenitori viene dosato nel cilindro in rotazione. Il completamento del processo di agglomerazione avviene all’interno del corpo terminale di forma sinusoidale, da cui viene anche scaricato il materiale in uscita. Il granulatore GRC viene prodotto in vari modelli sulla base delle caratteristiche del materiale da trattare e della produzione richiesta.
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L’azione della barra di miscelazione permette una perfetta dispersione del legante e la sua omogeneizzazione con il materiale in polvere. La sua velocità di rotazione viene determinata e controllata da una motorizzazione indipendente rispetto a quella del corpo del granulatore. La particolare forma sinusoidale della sezione terminale del granulatore costituisce un importante elemento prestazionale; essa determina infatti un’azione di omogeneizzazione dei materiali ed un completamento del processo di formazione dei granuli particolarmente efficace. Il granulatore GRC prevede l’installazione di un gruppo di termodiffusori che
favoriscono il processo di formazione dei granuli, migliorando le prestazioni della macchina ed aumentandone la produttività.
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GRANULATORE LB 35. Il granulatore LB 35  è costituito da un corpo cilindrico principale in acciaio INOX AISI 304 , all’interno del quale è installato un albero rotante completo di vomeri. Il legante viene iniettato all’interno del corpo macchina tramite una serie di ugelli serviti da uno o più contenitori. La possibilità di variare la velocità di rotazione dell’albero consente di ottimizzare la formazione dei granuli a seconda del tipo di materiale trattato e della dimensione richiesta del prodotto in uscita. La macchina risulta indicata per la realizzazione di granuli con range dimensionale 0,8–2,0 cm. Grazie alla possibilità di utilizzare più di un legante contemporaneamente, si rivela particolarmente idonea alla produzione di granuli policromi. Il granulatore LB 35 trova impiego nell’industria chimica, per ceramica ed alimentare.
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GRANULATORE TAG. Il granulatore TAG  è costituito da un corpo principale cilindrico in acciaio AISI 304, all’interno del quale è installato un albero orizzontale completo di una serie di utensili di miscelazione. Questi utensili svolgono la doppia funzione di iniettori del liquido utilizzato come legante e di agitatori per favorire una corretta miscelazione del materiale. La possibilità di raggiungere elevate velocità di rotazione dell’albero orizzontale rende la macchina idonea alla produzione di granuli molto piccoli, con range oscillante tra 0,3 e 1,5 cm. Il granulatore TAG risulta particolarmente indicato per la produzione di granuli con polveri ceramiche macinate a secco.