Valorizzazione Mineralurgica di un Minerale

Presentazione con Power Point
Diapositiva N° 1
Lo scopo di questo lavoro è stato quello di mettere in pratica in laboratorio le conoscenze
acquisite durante il corso (di ingegneria delle materie prime), applicando le stesse ad un caso
concreto di reale interesse industriale.
Diapositiva N° 2
In questa sintesi si analizzerà soprattutto il trattamento mineralurgico che il feldspato (il
minerale albititico) ha dovuto subire per migliorare le sue qualità. Qualità dettate in questo caso
dalle specifiche del settore ceramico.
Diapositiva N° 3
I feldspati sono dei silico-alluminati di metalli alcalini e alcalino terrosi, possono essere
scritti come formula generale in questo modo (leggi lucido), tra i più importanti ricordiamo (leggi
lucido), nel nostro caso si ha una netta prevalenza di Albite sugli altri.
Diapositiva N° 4
Li troviamo soprattutto nelle rocce magmatiche, sia intrusive che effusive, la differenza sta
nel fatto che mentre nelle rocce effusive le dimensioni dei componenti sono microcristalline, nelle
rocce intrusive i cristalli sono più grandi, il che favorisce la liberazione degli elementi nel processo
mineralurgico.
Possiamo allora dire che i giacimenti minerari di feldspati (per quanto riguarda le rocce
magmatiche) sono quasi esclusivamente quelli di origine intrusiva.
Un altro tipo di giacimento minerario di feldspati è dovuto alle sabbie feldspatiche, che sono
il prodotto della disgregazione di originari protoliti granitici o più genericamente granitoidi.
Diapositiva N° 5
Le ceramiche si ottengono componendo un impasto che vede come ingredienti principali
(leggi lucido), e poi cocendo in appositi forni e a determinate temperature l’impasto così formato.
Le proporzioni di questi ingredienti variano molto da prodotto a prodotto, ma
indicativamente si può dare una composizione media visualizzata dall’aerogramma in figura che
mette in evidenza tra l’altro l’importanza che hanno i feldspati nell’impasto.
La loro proprietà più importante è quella di abbassare la temperatura di fusione dell’impasto
facilitando la greificazione.
(se me lo chiedono :
• per greificazione si intende quel fenomeno che consiste nella fusione superficiale dei
granuli dell’impasto con conseguente loro saldatura. Le temperature a cui si
verifica questo fenomeno sono intorno ai 1200÷1300 °C
•
•
•
argille
o la loro proprietà è quella di conferire proprietà leganti e plasticità
all’impasto.
Caolino
o Oltre a conferire bianchezza alla massa, contribuisce all’aumento delle
proprietà meccaniche.
Sabbie
•
o Sono importanti in quanto regolatrici del ritiro e della deformazione della
massa.
Coloranti
o servono a conferire colorazioni particolari al prodotto finito e pereseguire le
varie decorazioni.)
Diapositiva N° 6
In base alla qualità del feldspato possiamo classificare le ceramiche in questo modo (leggi
lucido). Questa non è e non vuole essere una classificazione rigorosa, perché in base ad altri
parametri si possono avere altre classificazioni più o meno complesse.
In questo caso i parametri che prendiamo in considerazione sono il contenuto in alcali e in
femici. Minore è la presenza di femici più bianco risulterà il prodotto e maggiore sarà il suo valore.
Diapositiva N° 7
In questa tabella vengono messi in evidenza i contenuti minimi di alcali e massimi di femici
che caratterizzano i prodotti ceramici visti nel lucido precedente
Questi valori comunque non sono da considerare in termini assoluti, in quanto ogni
produttore di ceramiche, in base alle caratteristiche degli altri componenti dell’impasto, può
richiedere contenuti diversi di alcali e femici nel feldspato.
Diapositiva N° 8
In natura i feldspati però quasi mai rispettano le specifiche del settore ceramico, se noi li
vogliamo usare comunque per questo settore, dobbiamo provare ad arricchirli, cioè dobbiamo far
aumentare il contenuto in alcali e far diminuire quello in femici, e vedere se riusciamo a rientrare
dentro i valori che ci garantiscono un adeguato recupero economico considerando anche i costi del
trattamento.
Diapositiva N° 9
Le tecniche che abbiamo utilizzato noi per arricchire il nostro feldspato sono la Separazione
Magnetica e la Flottazione.
o Separazione magnetica
o È una tecnica che sfrutta la sucsettività magnetiche delle particelle in modo tale che
al passaggio delle particelle stesse all’interno di un campo magnetico, si riesca a
separare quelle magnetiche da quelle non magnetiche.
o Flottazione
o Questa è una tecnica che sfrutta le proprietà fisico-chimiche superficiali delle
particelle di minerale, in particolare la loro capacità di aderire alle bolle d’aria che
una volta composta una torbida si generano artificialmente all’interno della stessa.
Il problema che può sorgere è quello che le particelle che vogliamo asportare non ad
aderiscano alle bolle d’aria, per ovviare a questo si introducono nella torbida degli
appositi reagenti detti collettori che aderendo alla superficie delle particelle le
rendano idrofobiche .
A questo punto però potrebbe succedere che questi reagenti non intervengano solo sulle particelle che noi
vogliamo, oppure che in determinate condizioni di pH non diano risultati significativi, per evitare questo si
introducono degli altri reagenti detti modulanti che possono essere modificatori di pH, attivanti e deprimenti, che
ci aiutano a fare in modo che solo le particelle che vogliamo noi risalgano con le bolle d’aria in superficie e
generino le schiume. L’ultimo tipo di reagente che si utilizza nel processo di flottazione sono gli schiumatori che
servono esclusivamente a tenere in vita le bolle d’aria il tempo necessario perché le particelle di minerale possano
essere asportate.
Diapositiva N° 10
Queste operazioni che ci consentono di arricchire il nostro materiale, cioè di separare i
minerali utili da quelli inutili (ganga), hanno bisogno di una fase preliminare che permetta di
preparare i campioni.
Queste fasi riassunte in questa diapositiva sono la comminuzione che consiste nel ridurre le
dimensioni del campione di partenza in modo tale che si possano liberare tutti i componenti , la
campionatura con cui si realizzano i campioni di dimensioni adeguate per le fasi successive e le
vagliature che servono a conferire ai campioni caratteristiche granulometriche tali per cui le
tecniche di separazione possano funzionare al meglio.
Diapositiva N° 11
Analizziamo ora le procedure che ci hanno portato a effettuare la separazione magnetica.
Il campione tal quale dopo essere stato frantumato in cilindraia e portato tutto sotto i 2 mm è
stato depolverato, cioè si è fatta una vagliatura a 53 μm, che nel nostro caso, in laboratorio è stata
fatta a umido, in impianto questa operazione però si effettua a secco con aspiratori. La
depolverazione si effettua perché i finissimi rimangono attaccati alle particelle più grandi e non
subiscono per questo l’effetto della separazione a cui sarebbero dovuti essere soggetti falsando i
risultati finali.Dopo di che il prodotto depolverato passa alla separazione magnetica dalla quale si
otterrà un prodotto magnetico e un non magnetico, quello che interessa a noi è il prodotto non
magnetico in quanto i nostri inquinanti sono elementi magnetici.
Diapositiva N° 12
Il separatore magnetico utilizzato è un separatore PERMROLL a magneti permanenti,
costituito da un nastro avvolto a due cilindri, uno dei quali magnetico, il materiale quando passa
sopra il cilindro magnetico è soggetto a tre tipi di forze, la forza magnetica, la forza gravitazionale e
la forza d’inerzia dovuta al moto delle particelle insieme al nastro.
Le particelle magnetiche al passaggio sopra il cilindro magnetico restano attaccate al nastro
e vengono trasportate con esso verso il cilindro di riporto, ma solo per il tempo in cui li nastro
rimane attorno al cilindro magnetico, dopo di che si staccano e cadono nel contenitore posto
all’estrema sinistra.
Le particelle non magnetiche invece non aderiscono al nastro quando passa sul cilindro
magnetico e continuano il loro moto per inerzia finendo nel contenitore a destra.
Le particelle debolmente magnetiche finiscono nel contenitore centrale.
Diapositiva N° 13
Per quanto riguarda la flottazione, il materiale ha dovuto subire una fase di macinazione per
portarlo tutto sotto i 212 μm, a questa fase è seguita la slimatura che consiste in una vagliatura a
umido per eliminare i limi (vagliatura a 20 μm), per poter ottenere così una classe granulometrica
ideale per poter effettuare la flottazione.
Nel nostro caso,in quanto il materiale che flotta è l’inquinante, cioè i femici, si è eseguita
una flottazione inversa.
Si sono seguite due vie diverse per poter fare alla fine una valutazione oltre che di fattibilità
anche di convenienza economica tra le varie tecniche.
Si è effettuata un prova a pH naturale e una a pH acido.
Diapositiva N° 14
Questa è una cella di flottazione molto simile a quella che abbiamo utilizzato noi in
laboratorio. Nella cella dopo che si inserisce la torbida si devono creare le bolle d’aria che poi
andranno a formare le schiume in superficie. L’aria si introduce attraverso il condotto a causa della
depressione che crea li rotore messo in rotazione da un motore elettrico.
Diapositiva N° 15
In questa diapositiva sono indicati i dati della flottazione a pH acido, si è utilizzato un
collettore estere fosforico che si chiama Flotinor, il quale per esercitare al meglio le sue capacità di
collezione nei confronti dei femici ha bisogno di lavorare in ambiente acido, per questo si è
utilizzato come modificatore di pH l’acido solforico .Si lavora fino schiume scariche perché il
nostro scopo è quello di eliminare la maggiore quantità possibile di inquinante, per lo stesso motivo
abbiamo potuto utilizzare questo collettore che è molto forte e fa flottare anche alcune particelle che
non sarebbero inquinanti.
Diapositiva N° 16
Qui abbiamo invece i dati della flottazione a pH naturale che è intorno alla neutralità
(pH=7).
Il collettore utilizzato e un carbossilato (Pamak 4) che lavora molto bene a pH neutro, quindi in
questo caso non c’è stato bisogno di modulare la torbida per far funzionare al meglio il collettore.
Anche in questo caso si lavora fino a schiume scariche per depurare il più possibile il feldspato dai
femici.
Diapositiva N° 17
In questa tabella sono riportati i dati delle analisi chimiche condotte nel campione di
partenza e nei campioni dopo che hanno subito i trattamenti di arricchimento.
Si può notare come la separazione magnetica non faccia migliorare di molto le qualità del
nostro feldspato, mentre sia la flottazione in ambiente acido che quella a pH naturale abbassano
notevolmente il contenuto sia in ossido di ferro che di titanio, cioè dei femici inquinanti.
Diapositiva N° 18
In conclusione si può dire che con la separazione magnetica non riusciamo a far fare il salto
di qualità al prodotto, quindi questa tecnica va scartata.
Invece con la flottazione, in entrambi i casi il prodotto migliora notevolmente, per poter
scegliere quale delle due tecniche utilizzare bisogna fare delle considerazioni di tipo economico,
considerando che con la flottazione in ambiente neutro si ottengono buoni risultati e buone rese in
massa ma che c’è bisogno di una maggiore quantità di reagente collettore; lavorando in ambiente
acido si ottengono risultati anche migliori per quanto riguarda la qualità del prodotto, si può
utilizzare una quantità di collettore minore, però si hanno rese in masse minori e inoltre c’è la
difficoltà di lavorare in ambiente acido che comporta spese aggiuntive per limitare gli inconvenienti
che causa una torbida acida.
Se si volessero ottenere risultati ancora miglior si potrebbe associare la separazione
magnetica alla flottazione, flottando cioè il prodotto della separazione magnetica.
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI CAGLIARI
FACOLTA' DI INGEGNERIA
CORSO DI STUDI IN INGEGNERIA PER L'AMBIENTE E IL TERRITORIO
Prova finale laurea ex art.3 D.M. 509/99
VALORIZZAZIONE MINERALURGICA
DI UN MINERALE ALBITITICO
Relatore
Laureando
Prof.ing. ANTONELLO SERCI
FEDERICO PUDDU
Anno Accademico 2000-2001
Argomenti trattati
Cenni sugli impasti per ceramiche
Cenni sui feldspati
Trattamento mineralurgico
Feldspati
Formula generale
Feldspati principali
W(ZO2)4
W = K, Na, Ca
Z = Si, Al
Ortoclasio = KAlSi3O8
Albite
= NaAlSi3O8
Anortite = CaAL2Si2O8
Feldspati
Principali fonti di approvvigionamento
Rocce magmatiche intrusive
Rocce magmatiche effusive
Sabbie feldspatiche
Ceramiche
Composizioni medie dell’impasto ceramico
Feldspati nelle ceramiche
Classificazione delle ceramiche in base alla
qualità del feldspato
Ceramiche dure
Ceramiche tenere
Grès porcellanato
Grès poroso
Feldspati nelle ceramiche
Composizione media
Granulometria
(passante % a 75 µm)
Settore produttivo
K2O
Na2O
Fe2O3
TiO2
Porcellane dure
>12
0-3
<0,06
<0,01
>99
Porcellane tenere
0-3
6-10
<0,25
<0,1
>98
Grès porcellanato
0-3
5-9
<0,5
<0,3
100
Grès poroso
3-7
2-6
<1,0
<0,6
100
Feldspati nelle ceramiche
Problema mineralurgico
Raramente in natura i feldspati sono caratterizzati dai
contenuti dettati dalle specifiche del settore ceramico.
Occorre allora arricchire tali feldspati, in particolare
•Aumentare la concentrazione degli alcali (K,Na)
•Diminuire la concentrazione dei femici (Fe,Ti, Mg)
Processo mineralurgico
Tecniche di arricchimento utilizzate
Separazione Magnetica
Flottazione
Processo mineralurgico
Operazioni principali
Comminuzione
Campionamento
Vagliatura
Arricchimento
Processo mineralurgico
Separazione Magnetica
Tal quale (–2 mm)
Depolverazione
-0,053 mm
(-2 + 0,053) mm
Separazione
Magnetica
Non Magnetico
Magnetico
Processo mineralurgico
Separatore magnetico PERMROLL
PERMROLL
magnetico
misti
non magnetico
Processo mineralurgico
Flottazione
Tal quale (–2 mm)
Macinazione a
–0,212 mm
Slimatura
-0,020 mm
(-0,212 + 0,020)
mm
Flottazione dei
femici
pH acido
pH naturale
Flottato
Fondo Cella
Flottato
Fondo Cella
Processo mineralurgico
Cella di flottazione
Aria
Schiume
Rotore
Processo mineralurgico
Flottazione a pH acido
velocità della girante 1500 r.p.m.;
rapporto in peso solido-liquido = 1/3;
pH della torbida = 3-4;
collettore = Flotinor SM15;
modulante = H2SO4;
condizionamento = 1min.;
tempo di flottazione = sino a schiume scariche.
Processo mineralurgico
Flottazione a pH naturale
velocità della girante 1500 r.p.m.;
rapporto in peso solido-liquido = 1/3;
pH della torbida = 7;
collettore = Pamak 4;
condizionamento = 1min.;
tempo di flottazione = sino a schiume scariche
Risultati
Resa
(%)
grezzo
1
2
91,8
86,5
Na2O
(%)
MgO
(%)
Al2O3
(%)
SiO2
(%)
K2O
(%)
CaO
(%)
TiO2
(%)
Fe2O3
(%)
9,0
2,57
18,34
66,85
0,25
1,05
0,41
0,52
8,9
2,45
18,4
67
0,24
1,1
0,35
0,44
9,4
1,9
18,5
67,5
0,25
1,05
0,31
0,32
3
83,9
8,9
2,4
18,4
66,7
0,2
1,0
0,3
0,4
4
69,86
9,8
0,3
18,6
69
0,17
0,8
0,02
0,06
5
71,6
10
0,35
18,7
69,2
0,23
0,8
0,05
0,09
1.
Depolverazione
2.
Separazione magnetica
3.
Slimatura
4.
Flottazione a pH neutro
5.
Flottazione a pH acido
Conclusioni
•Separazione Magnetica
•I risultati ottenuti non modificano la classe di appartenenza del
feldspato in esame.
•Flottazione a pH naturale
•Ci consente di migliorare la qualità del feldspato trattato,
potendolo utilizzare per la produzione di grès porcellanato..
•Flottazione a pH acido
•Anche in questo caso si ha un notevole incremento della qualità
del feldspato, a livelli che superano, anche se non di molto, quelli
della flottazione a pH naturale. A sfavore di questo metodo però
vanno le difficoltà di lavorare in ambiente acido e la minore resa
massica.
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI CAGLIARI
FACOLTA' DI INGEGNERIA
CORSO DI STUDI IN INGEGNERIA PER L'AMBIENTE E IL TERRITORIO
Prova finale laurea ex art.3 D.M. 509/99
VALORIZZAZIONE MINERALURGICA
DI UN MINERALE ALBITITICO
Relatore
Laureando
Prof.ing. ANTONELLO SERCI
FEDERICO PUDDU
Anno Accademico 2000-2001
Introduzione.
La produzione dei feldspati è assorbita per la maggior parte dall'industria
ceramica e vetraria. Ulteriori campi di utilizzazione sono quelli dell'industria
della plastica, delle vernici e della gomma. I prodotti di più scarso valore
possono trovare impiego anche nella produzione di abrasivi.
L’industria ceramica, che ha mostrato grande capacità di perfezionare il
processo produttivo per migliorare le caratteristiche qualitative e per
minimizzare i costi di produzione, propone continuamente sul mercato nuovi
prodotti.
Il mercato ceramico produce attualmente soprattutto grès porcellanato in
pasta bianca che, rispetto ai tradizionali prodotti in monocottura, è caratterizzato
da una minor porosità e dunque da maggior resistenza all’usura, agli urti, alla
flessione ed al gelo. Questa evoluzione del mercato mette in crisi la
monocottura e penalizza considerevolmente i minerali di qualità non elevata,
con la conseguenza che, in assenza di trattamenti di valorizzazione, soltanto una
limitata quota delle riserve giacimentologiche conosciute possono venire
estratte e commercializzate.
Fra le materie prime costitutive degli impasti, importanza fondamentale
assumono i componenti feldspatici, che rappresentano non meno del 40%
dell’intera massa dell’impasto grazie al loro carattere fondente che permette di
raggiungere un alto grado di greificazione a temperature relativamente più
limitate.
Ai feldspati destinati alla produzione del grès porcellanato sono richieste
elevate caratteristiche qualitative, che vanno diventando sempre più severe e
che riguardano in particolare contenuti minimi di alcali e massimi di impurezze
2
coloranti (Ti, Fe, Mg) che influenzano il giudizio sulle qualità del prodotto
finito (tono di bianco, temperatura di cottura).
Poiché alle differenti qualità corrispondono prezzi di mercato diversi,
tanto più alti quanto più è alta la qualità del prodotto, è evidente la necessità e
l'interesse alla commercializzazione di concentrati feldspatici a più alto valore
per conseguire margini economici maggiori.
Questa evoluzione del mercato penalizza ovviamente i minerali
feldspatici di qualità non elevata, con la conseguenza che viene attualmente
estratta e commercializzata soltanto una limitata quota delle pur imponenti
riserve conosciute.
Giacimenti relativamente diffusi sono ad esempio taluni giacimenti
pegmatitici, o la cui genesi è legata a fenomeni di alterazione metasomaticosodica su originarie facies pegmatitiche o granitiche. Questi giacimenti, pur
essendo caratterizzati da contenuti relativamente elevati di feldspati, risultano
tuttavia frequentemente inquinati dalla presenza di elementi femici,
essenzialmente minerali di Fe, Ti e Mg, in percentuali che limitano il valore
economico delle produzioni ottenibili con la sola applicazione di tecniche di
coltivazione selettiva, eventualmente integrate da operazioni di comminuzione e
classificazione.
Data la limitatezza delle esistenti riserve dei feldspati di elevata purezza,
la domanda crescente di feldspati di qualità dovrà prevedibilmente essere
soddisfatta, almeno in parte, con i minerali feldspatici di qualità non elevata ai
quali dovranno essere applicati metodi di arricchimento mineralurgico che li
rendano idonei a rispondere ai requisiti di qualità richiesti dal mercato del grès
porcellanato in pasta bianca.
La necessità di essere sempre più competitivi sul mercato e fronteggiare
le politiche commerciali di paesi concorrenti (che possono disporre, tra l'altro,
3
di prodotti di qualità migliore) spinge i produttori nazionali, a ricercare nuovi
processi di valorizzazione per il proprio minerale.
Per
conquistare
segmenti
di
mercato
quantitativamente
ed
economicamente interessanti, i produttori sono sempre più interessati a
verificare la possibilità dell’ulteriore valorizzazione delle loro produzioni,
anche ricorrendo a trattamenti tecnicamente ed economicamente impegnativi.
In generale, la separazione magnetica o la flottazione, sono metodi in
grado di conseguire l’obiettivo. In particolare, per le mineralizzazioni più
povere e complesse il ricorso all’utilizzazione di tecniche di flottazione
selettiva, eventualmente integrate da un preliminare stadio di separazione
magnetica che consente di ridurre l’onere economico della flottazione, si è
dimostrata, in vari casi, la sola via praticabile per garantire il rispetto delle
rigorose specificazioni di qualità imposte ai prodotti destinati ai settori di
mercato più remunerativi.
Lo studio oggetto di questa relazione ha per obiettivo la verifica
sperimentale dell’applicabilità di processi di valorizzazione idonei a rendere un
feldspato locale idoneo a:
- soddisfare le specifiche di mercato;
-
ottenere un prodotto omogeneo di alta qualità;
-
aumentare le riserve disponibili del giacimento di provenienza.
La sperimentazione è stata condotta su un feldspato sodico (Albitite)
proveniente dal giacimento di Badu e Carru situato nel comune di Ottana.
La relazione è articolata come segue:
- introduzione, in cui viene presentata la problematica e lo scopo del
lavoro;
- parte prima, in cui vengono riportate le caratteristiche generali dei
4
feldspati, le loro proprietà ed i principali settori di utilizzo;
- parte seconda, ove viene brevemente descritto il giacimento di Badu e
Carru ed esposta la caratterizzazione petrografica del minerale;
- parte terza, in cui sono descritte le procedure sperimentali osservate, i
processi mineralurgici adottati, i limiti massimi conseguiti in termini di
epurazione degli elementi inquinanti, la discussione dei risultati ottenuti;
- parte conclusiva.
5
1 - I feldspati.
1.1 - Caratteristiche chimico-mineralogiche.
Sotto l'aspetto cristallo-chimico, i feldspati possono essere espressi dalla
formula generale (Negretti - Di Sabatino "Corso di petrografia" - CISU Roma
1983):
W(Z02)4
dove:
W = K, Na, Ca; (raramente Ba);
Z = Si, Al;
(eccezionalmente Fe).
La composizione chimica dei termini di maggior incidenza petrografica è
riportata nella tabella 1.
Denominazione Formula chimica Sigla
Composizione
SiO2
Al2O3 CaO
Ortoclasio
KAlSi3O8
Or
64,7
18,4
Albite
NaAlSi3O8
Ab
68,8
19,4
Anortite
CaAl2Si2O8
An
43,2
36,7
Celsiana
BaAl2Si2O8
Cn
32,0
27,2
Na2O K2O BaO
16,9
11,8
20,1
40,8
Tabella 1. Caratteristiche chimiche dei feldspati.
Strutturalmente i feldspati presentano una impalcatura di tetraedri "Z04"
concatenati tra loro tridimensionalmente con grossi cationi K, Na, Ca (Ba) negli
interstizi del reticolo (configurazione tectosilicatica). Nella tabella 2 si riportano
le caratteristiche strutturali e fisiche dei più comuni feldspati.
6
Feldspati
Sistema cristallino
Colore
Durezza Mohs
Potassico
Sodico
Calcico
KAlSi3O8
NaAlSi3O8
CaAl2Si2O8
Ortoclasio Microclino
Albite
Anortite
monoclino
triclino
triclino
Bianco,
Bianco,
grigio
grigio
triclino
Bianco, rosso, grigio
6
6
6 - 6,5
6 - 6,5
Massa volumica (kg/dm3)
2,55
2,56
2,61
2,76
Temperatura di fusione
1.150
1.150
1.118
1.550
Tabella 2. Caratteristiche fisico-strutturali dei feldspati.
Questi minerali si presentano sotto forma di miscele isomorfe e
precisamente:
- feldspati alcalini;
- feldspati calcosodici (plagioclasi).
I feldspati alcalini sono miscele isomorfe di feldspato potassico puro e di
feldspato sodico puro, ossia Ortoclasio ed Albite. Sono minerali caratteristici
delle rocce ignee di tipo effusivo, a grana molto fine; tale caratteristica li rende
in genere scarsamente utilizzabili a fini mineralurgici.
I plagioclasi sono miscele isomorfe di Albite e di Anortite. In funzione
delle diverse proporzioni con cui questi due minerali si presentano si possono
osservare i termini intermedi: Oligoclasio (An 10-30), Andesina (An 30-50),
Labradorite (An 50-70), Bytownite (An 70-90).
7
1.2 - Principali fonti di approvvigionamento.
I feldspati sono minerali molto diffusi nelle rocce intrusive, dai graniti
propriamente detti alle sieniti.
Nelle rocce effusive risultano particolarmente abbondanti nei litotipi
compresi fra le Rioliti Alcaline e le Daciti.
Teoricamente tutte le rocce di composizione compresa fra gli estremi
precedentemente menzionati potrebbero essere utilizzate come materia prima
per la separazione dei feldspati; in pratica le caratteristiche di tessitura o/e la
presenza di eccessive quantità di elementi inquinanti non consentono di
raggiungere il grado di purezza richiesto dalle applicazioni industriali del
prodotto.
Le Pegmatiti sono, allo stato attuale, le formazioni maggiormente
impiegate, anche se la relativa scarsa disponibilità di tale riserva litoide ha
determinato negli ultimi tempi l'impiego anche di rocce più difficili ma di più
facile reperibilità come le Apliti e le Furiti.
Con il termine Pegmatite si designa, in genere, una roccia costituita per il
50-60% da feldspati (Albite+K-feldspato), quarzo per circa il 30 % e accessori a
complemento, caratterizzata dalle dimensioni "grossolane" degli individui
cristallini.
Apliti ed Euriti sono rocce contenenti il 40-50% di K-feldspato, Albite
nella misura del 12-18% e quantità complementari di quarzo e accessori; la
struttura in questo caso è microcristallina auto-allotriomorfa.
Altre fonti di approvvigionamento sono le sabbie feldspatiche, risultato
della disgregazione e parziale alterazione di alcune varietà di leucogranito e le
“Sieniti Nefeliniche”. Si tratta di una roccia ignea di aspetto simile al granito, di
granulometria media, composta per 85-90% da feldspati (Albite e Microclino)
8
associati in concrescimenti con la Nefelina (Na,K)AISiO4; gli accessori più
comuni sono le miche, i pirosseni, soprattutto quelli di composizione sodica, la
magnesite e la titano-magnetite.
1.3 - Settore ceramico.
Attualmente l'industria delle ceramiche tende a sviluppare processi
produttivi basati su cicli di cottura rapidi, a basso consumo energetico,
mantenendo nel contempo adeguate caratteristiche di estetica e funzionalità del
prodotto finito. A questo proposito, se si tiene conto che i concentrati feldspatici
entrano nelle miscele utilizzate con percentuali spesso superiori al 30%, si può
capire come questi influiscano direttamente sul processo produttivo, tramite, per
esempio, la temperatura di cottura e i tempi di maturazione, condizionando in
definitiva la produttività degli impianti.
Una particolare attenzione deve essere prestata al tenore degli ossidi
metallici coloranti come Fe, Mg, Ti, la cui presenza e concentrazione indirizza
i concentrati feldspatici verso segmenti diversi delle produzioni ceramiche
(ceramiche a "pasta bianca" o a "pasta rossa"). Inoltre, altri minerali accessori
sono da ritenersi sgraditi a causa delle conseguenze igieniche che ne deriva dal
loro uso e per i possibili inquinamenti ambientali (presenza di piombo, zinco,
cromo, zolfo); i relativi limiti massimi di concentrazione sono indicati da norme
legislative, tuttavia, si incontrano sensibili resistenze a stipulare contratti per
forniture inquinate da tali sostanze, dato che sono disponibili sul mercato
tipologie di concentrato totalmente esenti.
9
I manufatti ceramici possono essere raggruppati, per quanto riguarda
l'impiego dei feldspati, in quattro settori ben distinti.
1) Porcellane dure (hard porcelain).
Comprendono tutti i prodotti di vasellame domestico, isolatori di alta
tensione, oggetti artistici che esigono cotture oltre i 1350 0C, ed infine
particolari smalti e fritte.
2) Porcellane tenere (vitreous china).
Per vasellame di tipo alberghiero, apparecchi igienico sanitari,
articoli tecnici, smalti ceramici. Temperature di cottura intorno ai 1230 0C.
3) Grès porcellanato (vitreous tiles).
Piastrelle per pavimentazione non porose. Temperature di cottura
intorno ai 11800C.
4) Grès poroso (semivitreous tiles).
La terminologia è impropria ma comprende tutte le piastrelle a bassa
porosità, di impasto quasi chiaro ma non bianco. Temperatura di cottura
intorno ai 1170 0C.
La suddivisione riportata è necessariamente schematica e non pretende di
esaurire tutti i settori ceramici.
Ogni settore richiede feldspati con specifiche diverse, che presentino
diversi gradi di purezza e che talvolta anche varino nella loro composizione
chimica. Quindi per ottenere le caratteristiche proprie di ciascuna delle quattro
10
categorie prese in esame, i feldspati devono ottemperare a determinati standard
qualitativi.
I loro limiti, in termini di analisi chimiche non vanno però intesi in
termini rigorosi, cioè come valori assoluti da rispettare rigorosamente pena
l'invalidazione di ogni possibilità di fornitura, ma piuttosto come indici della
maggiore o minore accettabilità da parte dei singoli consumatori. Infatti nella
composizione dei prodotti ceramici entrano a far parte, in misura pressoché
equivalente almeno altri due o tre minerali, per cui le caratteristiche finali del
prodotto risultano dall'insieme della miscela.
Ad esempio, una porcellana di un determinato tipo si potrà ottenere
impiegando feldspati a più alto contenuto di ferro, qualora nella composizione
dell’impasto entrino caolini o quarzi a più basso contenuto di tale elemento
oppure con meno titanio.
Naturalmente le materie prime più pure sono le più gradite, anche perché
consentono un maggior margine di scelta fra le altre costituenti l'impasto. In
definitiva sarà soprattutto il costo globale della miscela e la sicurezza di
costanza della fornitura a determinare gli standard di accettabilità dei feldspati
da parte dei singoli utilizzatori, nell'intorno dei valori di soglia chimici.
Una schematica indicazione delle specifiche che, sino a qualche tempo fa,
venivano richieste dai vari settori Ceramici, è mostrata nella tabella 3. Tuttavia,
attualmente tali specifiche, particolarmente quelle che riguardano i prodotti
destinati ai settori delle porcellane tenere e del grès porcellanato, sono divenute
più severe, poiché la maggior parte degli utilizzatori richiedono tenori di Fe2O3
e TiO2 notevolmente più limitati (generalmente inferiori allo 0,1%).
11
Settore produttivo
Composizione media
Fe2O3
TiO2
Granulometria
(passante % a 75 µm)
K2O
Na2O
Porcellane dure
>12
0-3
<0,06 <0,01
>99
Porcellane tenere
0-3
6-10 <0,25 <0,1
>98
Grès porcellanato
0-3
5-9
<0,5
<0,3
100
Grès poroso
3-7
2-6
<1,0
<0,6
100
Tabella 3. Specifiche di settore per concentrati di Feldspato impiegati
nell'industria delle ceramiche.
Indicativamente, l'impasto per un grès porcellanato sarà costituito da
argille plastiche (25-35%), caolino (15-20%), sabbie feldspatiche (<10%),
feldspati sodico-potassici (35-40%).
A commento dei dati esposti si possono fare alcune considerazioni:
- il feldspato potassico viene utilizzato di regola in tutti quei prodotti per i
quali sono da evitare le deformazioni durante la cottura, per la sua maggiore
viscosità alle alte temperature (1350), allo scopo di contenere le deformazioni
dei pezzi in rapporto con le matrici predisposte; inoltre è di fondamentale
importanza nelle produzioni destinate alla elettrotecnica perché la porcellana
così realizzata presenta il massimo coefficiente dielettrico. A tali caratteristiche
si aggiunge che solo questo feldspato conferisce le proprietà di traslucentezza,
pregio estetico tipico delle porcellane dure.
- il feldspato sodico viceversa è particolarmente impiegato nella
produzione dei manufatti di ridotte dimensioni o per i quali non sono da temere
deformazioni durante la cottura; la temperatura di fusione (1200
0
C),
12
considerevolmente inferiore al potassico, lo rende adatto alla produzione di
smalti ceramici;
- il campo di variabilità delle caratteristiche chimiche dei prodotti
feldspatici, particolarmente ristretto nel caso dei concentrati destinati alla
produzione degli smalti ceramici, dato che essi costituiscono la finitura dei
manufatti su cui vengono impiegati, è relativamente ampio nel caso di
utilizzazione nel settore del grès porcellanato e soprattutto del grès poroso;
- i requisiti di finezza granulometrica, particolarmente importanti per i
concentrati di feldspato utilizzati nelle produzioni maggiormente specializzate,
non sono invece fondamentali in quelli destinati alla produzione del grès
porcellanato e delle piastrelle in grès poroso. I principali produttori del settore
infatti macinano quasi sempre in proprio, ad umido o a secco, miscelando tutti i
componenti dell'impasto. Le forniture possono essere effettuate anche in
pezzatura relativamente grossolana, se ciò non contrasta con le caratteristiche di
purezze richieste.
1.4 - Settore vetrario.
I concentrati di feldspato sono spesso utilizzati nell'industria del vetro
come apportatori di alcali e allumina. Dal punto di vista della composizione
chimica essi sono interscambiabili con le sieniti nefeliniche; tuttavia, in alcuni
settori produttivi, come nel caso del vetro piano, queste non possono essere
usate. Infatti nella fase di fusione il materiale non si dissolve altrettanto
prontamente quanto i feldspati e conseguentemente ne risultano sia perdite
energetiche dovute all'allungamento dei tempi di fusione, sia problemi di
omogeneità, del tutto inaccettabili nella produzione del vetro piano ma molto
13
meno significativi nel caso, per esempio, del vetro per contenitori o per fibre.
La maggior parte dei produttori italiani di vetro non utilizza concentrati
di tipo feldspatico in aggiunta alle comuni sabbie da vetreria provenienti dal
mercato nazionale, ad eccezione delle sabbie silicee del sud-Italia in quanto in
queste ultime la quantità di A1203 contenuta non è sufficiente a soddisfare le
specifiche più comuni. Le aggiunte di feldspato, soprattutto sodico, o di sienite
nefelinica, sono pratica comune nel caso delle già citate sabbie dell'Italia
meridionale e delle sabbie silicee di importazione per il fatto che essendo di alto
livello qualitativo sono povere in allumina e perciò ne richiedono l'introduzione
per formare la miscela vetrificabile. L'uso del feldspato è invece comune in
alcune produzioni di vetro speciale, come quello per cinescopi televisivi.
1.5 - Il mercato dei feldspati in Italia.
L'Italia è il maggior produttore mondiale di feldspato e materiali
feldspatici. Il mercato Italiano dei feldspati, oltre a essere il più importante per
quantità di materie prime prodotte, presenta dei caratteri peculiari rispetto alla
situazione esistente negli altri paesi industrializzati. Una larghissima parte dei
materiali feldspatici prodotti in Italia, infatti, viene utilizzata dall'industria
ceramica, mentre nel resto dell'Europa occidentale è l'industria vetraria ad avere
una posizione predominante.
La destinazione d'uso dei prodotti a caratterizzazione potassica è sempre
rappresentata dalla produzione di piastrelle ceramiche per pavimentazione. In
questo contesto, i tipi più poveri di ferro sono impiegati per lo più nella
14
produzione del grès porcellanato, mentre quelli con contenuti in ferro superiori
a circa lo 0,5% sono indirizzati verso impasti sottoposti a smaltatura (grès
chiaro).
Nel caso dei prodotti a composizione prevalentemente sodica, invece, il
mercato è assai più articolato e comprende impasti per piastrelle (che assorbono
comunque il 75% circa della produzione), smalti e fritte (10%), sanitari (8%),
vetro (5%) e stoviglieria (2%).
15
2 - Il giacimento di Badu e Carru.
Il giacimento di "Badu e Carru", che prende il nome dalla località in cui è
ubicato, fa parte della concessione mineraria della Maffei Sarda Srl denominata
Monte Cuccureddu, e si trova nel territorio di Ottana, in provincia di Nuoro.
Dista circa 140 km dal porto di Cagliari e circa 120 km dal porto di Olbia.
Il giacimento, la cui genesi è legata a fenomeni di alterazione
metasomatico-sodica su originari graniti e facies pegmatitiche, è costituito da
due corpi albitici lentiformi incassati nelle granodioriti. Le due lenti, affioranti,
sono denominate rispettivamente cava Pittalis e cava Carboni; differiscono per
composizione chimico-mineralogica e, conseguentemente, per tipologie di
prodotti ottenibili:
- la lente affiorante ad ovest fornisce un materiale idoneo per il grès
porcellanato;
- la lente ad est, caratterizzata, da un maggior contenuto in Fe e Mg e
minore in Na, fornisce un prodotto impiegato nella monocottura in pasta bianca;
è proprio questo prodotto che è oggetto dell’indagine di cui riferisce la
relazione.
La porzione di giacimento di maggior interesse è la lente occidentale,
allungata in direzione N65E, di lunghezza intorno a 300 m e potenza di circa 40
m, con uno sviluppo medio di 50 m in profondità.
Il passaggio dalla roccia incassante granodioritica al minerale avviene in
maniera graduale, attraverso una fascia a composizione intermedia avente
spessore variabile da 1-2 m fino a 8-10 m.
Il deposito si presenta piuttosto omogeneo, senza inclusioni sterili al suo
16
interno, anche se si rileva una lieve differenza di composizione in senso
longitudinale.
La roccia osservata al microscopio presenta grana medio-grossa, struttura
ipidiomorfa e una generale incipiente deformazione. Ubiquitaria la presenza di
minerali di neoformazione (albite per lo più) anche se è possibile riconoscere la
paragenesi primitiva.
Dopo l'albite e la clorite (di origine secondaria), il quarzo costituisce il
minerale più frequente; la sua disposizione insieme alla presenza di numerose
venette di tale minerale lasciano pensare a fenomeni di soluzione e
rideposizione. Subordinati gli originari ortoclasio e plagioclasio. Accessori i
minerali secondari come la titanite, gli epidoti, gli ossidi di ferro ed altri
minerali femici.
Questi caratteri petrografici, insieme alle caratteristiche di affioramento,
fanno propendere ad una genesi di metamorfismo idrotermale di alterazione
sodica. L’ idrotermalismo ha innescato la lisciviazione del quarzo, seguita dalla
trasformazione delle miche in clorite ed epidoti, quasi contemporanea
all'albitizzazione dei plagioclasi e del K-feldspato. Si riscontrano anche
fenomeni di trasformazione da albite in clorite (del tipo clinocloro). Il
giacimento di Badu e Carru può essere interpretato come il risultato di una fase
intermedia del processo di talchizzazione e cloritizzazione, con deposizione di
clorite insieme all'albite.
La composizione mineralogica riscontrata dall'analisi al microscopio
porta ad una definizione della roccia in studio come Albitite cloritica.
17
3 - Sperimentazione in laboratorio
3.1 - Introduzione.
L'applicazione di adeguati processi di valorizzazione mineralurgica alle
materie prime costituenti gli impasti ceramici può contribuire ad aumentare la
qualità dei prodotti ottenibili nel processo di fabbricazione delle ceramiche. Un
tale risultato consentirebbe il conseguimento di maggiori margini economici e,
rendendo utilizzabili grezzi non idonei naturalmente, determinerebbe un
aumento delle riserve utili disponibili.
Come si è detto, il giacimento di Badu e Carru è costituito da due lenti
feldspatiche:
- cava Pittalis (lente occidentale), da cui si estrae un prodotto (denominato
SN6/S) la cui composizione chimica ne autorizza la destinazione al settore del
grès porcellanato);
- cava Carboni (lente orientale), da cui si estrae un prodotto (denominato
SN6/3) di qualità inferiore, le cui riserve sono di gran lunga superiori al
precedente (circa 2.000.000 t contro 300.000 t).
Lo studio sperimentale ha operato su questo materiale allo scopo di
verificare se con tecniche mineralurgiche fosse possibile ottenere prodotti di
maggior pregio.
3.2 - Preparazione del minerale.
Un campione di minerale tal quale, del tipo denominato SN6/3, è stato
preparato per la sperimentazione.
18
Esso è stato frantumato in cilindraia (simulando un circuito chiuso con
vaglio di controllo) sotto la dimensione di 2 mm, quindi frazionato con
campionatore in lotti del peso di circa 4-5 kg ciascuno.
Su uno dei lotti ottenuti è stata effettuata l'analisi granulometrica
mediante vagliatura ad umido; i risultati sono visibili nella tabella 4.
Due lotti sono stati utilizzati per sperimentate altrettante procedure di
trattamento mineralurgico, basate rispettivamente sull’arricchimento mediante
separazione magnetica a secco e sulla flottazione:
Procedura n° 1
-
depolverazione del minerale a 53 µm;
separazione magnetica al prodotto depolverato;
Procedura n° 2
-
riduzione del campione sotto 212 µm;
slimatura a 20 µm del prodotto della comminuzione;
flottazione inversa a pH acido e a pH naturale del prodotto slimato.
La separazione magnetica è stata realizzata a secco, mediante un
separatore PERMROLL a magneti permanenti, operante ad alta intensità di
campo e ad elevato gradiente. L'apparecchiatura è costituita, essenzialmente, da
un nastro trasportatore teso fra due rulli, un dei quali, munito dei magneti
permanenti, genera il campo magnetico (figura 1).
Un alimentatore vibrante convoglia il materiale, contenuto in una
tramoggia di alimentazione della capacità di 2 dm3 , su un nastrino in kevlar
rivestito di PFTE impregnato di grafite (spessore complessivo 125 µm) teso fra
un rullo anteriore, motore, che contiene i magneti permanenti PERMROLL ed
un rullo posteriore di rinvio. Quando il materiale trasportato transita sopra il
19
rullo anteriore, le particelle para e ferromagnetiche rimangono aderenti al
nastrino e vengono da esso trasportate verso il rullo posteriore di rinvio, mentre
quelle non magnetiche proseguono nel loro moto per inerzia, cadendo per
effetto della gravità in una tramoggia di raccolta situata oltre il limite anteriore
del rullo. Inferiormente sono inseriti dei partitori, di inclinazione regolabile
secondo una apposita scala graduata. La combinazione fra le forze in gioco
(magnetica, inerzia, gravitazionale) e la regolazione angolare dei partitori
consente la separazione dell'alimentazione in tre distinti prodotti raccolti in
apposite tramogge di raccolta.
La capacità di trattamento del separatore dipende dalla granulometria
dell'alimentazione, dalla velocità di rotazione del rullo motore e dalla lunghezza
dello stesso rullo che, come già detto, contiene i magneti permanenti. A parità
delle altre condizioni, la sostituzione del rullo PERMROLL con un altro di
maggior lunghezza consente l'incremento della capacità di trattamento. Sono
inoltre disponibili rulli magnetici caratterizzati da diverse intensità di campo
magnetico.
Questa apparecchiatura , secondo i dati disponibili, appare in grado di
sostituire i convenzionali separatori a secco a tamburo magnetico elettroindotto
nel campo delle granulometrie comprese fra 25 mm e 45 micrometri.
La macchina utilizzata nel corso delle prove sperimentali, capace di
sviluppare un'intensità massima di campo di 1,6 Tesla, era equipaggiata con un
rullo PERMROLL di 72 mm di diametro e 100 mm lunghezza; la velocità di
rotazione ottimale, determinata mediante prove preliminari, è stata fissata a 180
giri al minuto.
La prove sono state eseguite effettuando due ripassi del prodotto nonmagnetico.
La figura 2 illustra lo schema di processo seguito.
20
Nelle tabelle 5 e 6 sono riassunti, rispettivamente, i risultati della
depolverazione preliminare e della separazione magnetica.
Le prove di flottazione inversa (flottazione degli elementi inquinanti, da
rigettare come rifiuto) sono state condotte in una cella di flottazione in plexiglas
della capacità di 1,5 dm3 ed altezza allo sfioro di 12 cm. L'agitazione e l'aria
necessaria erano assicurate da un apparato a turbina "Denver subaeration" in
teflon, per evitare il possibile inquinamento dei prodotti, a numero di giri
variabile.
Sono state osservate le seguenti modalità di prova:
collezione a pH naturale:
Costituita la torbida con 500 g di solido e 0,75 dm3 di acqua, è stata addizionata
una quantità pari a 500 g/t di collettore carbossilico (Pamak 4, prodotto da
Hercules Powder, in emulsione acquosa al 2% in peso). Dopo un tempo di
condizionamento pari a 1 minuto, è stata regolata l'altezza di torbida mediante
addizione della quantità di acqua necessaria e immediatamente promossa la
flottazione; sono state effettuate due ulteriori aggiunte frazionate di collettore,
rispettivamente pari a 500 e 250 g/t.
-
collezione a pH acido:
La torbida, costituita come nel caso precedente, è stata acidificata (pH=3-4) con
500 g/t di H2S04,condizionando per 1 minuto; quindi è stato addizionato il
collettore (un estere fosforico, Flotinor SM15, prodotto da Hoechst), 400 g/t in
soluzione acquosa all' 1% in peso. Dopo un tempo di condizionamento pari a 1
minuto e regolazione dell'altezza di torbida per aggiunta di acqua, è stata
effettuata la flottazione. Anche in questo caso sono state effettuate due aggiunte
21
di collettore pari a 100 g/t ciascuna.
Modalità di flottazione.
Flottazione a pH acido.
-
velocità della girante 1500 r.p.m.;
-
rapporto in peso solido-liquido = 1/3;
-
pH della torbida = 3-4;
-
collettore = Flotinor SM15;
-
modulante = H2SO4;
-
condizionamento = 1min.;
-
tempo di flottazione = sino a schiume scariche.
Flottazione a pH naturale.
-
velocità della girante 1500 r.p.m.;
-
rapporto in peso solido-liquido = 1/3;
-
pH della torbida = 7;
-
collettore = Pamak 4;
-
condizionamento = 1min.;
-
tempo di flottazione = sino a schiume scariche.
La figura 3 illustra lo schema di processo seguito.
Nelle tabelle 7 e 8 sono riassunti i risultati delle prove di slimatura a 20 µm
dell'alimentazione ridotta sotto 212 µm e successiva flottazione a pH acido;
nelle tabelle 9 e 10 sono riassunti i risultati delle prove di slimatura a 20 µm
dell'alimentazione ridotta sotto 212 µm e successiva flottazione effettuate a pH
neutro.
22
PERMROLL
magnetico
misti
non magnetico
Figura 1. Separatore magnetico a magneti permanenti PERMROLL.
23
Processo di valorizzazione n° 1
Tal quale (–2 mm)
Depolverazione a secco
-0,053 mm
(-2 + 0,053) mm
Separazione Magnetica
Non Magnetico
Magnetico
Figura 2. Schema di processo di valorizzazione mineralurgica mediante
separazione magnetica.
24
Processo di valorizzazione n° 2
Tal quale (–2 mm)
Macinazione a –0,212 mm
Slimatura
-0,020 mm
(-0212 + 0,020) mm
Flottazione dei femici
pH naturale
Flottato
pH acido
Fondo Cella
Flottato
Fondo Cella
Figura 3. Schema di processo di valorizzazione mineralurgica mediante
flottazione inversa.
25
Tenori
Classe
[mm]
-2+1
-1+0.5
-0.5+0.21
-0.21+0.074
-0.074
Totale calc.
Totale anal.
Massa
[%]
40,7
22,3
16,4
11,1
9,4
100,0
Na2O
[%]
9,4
9,05
8,65
7,6
6
8,68
8,6
MgO
[%]
1,77
2,05
2,8
5,3
7,5
2,93
2,9
Al2O3
[%]
18,4
18,3
18,25
18,1
17,85
18,27
18,4
SiO2
[%]
67,9
67,2
66
63,2
60
66,16
66,35
K2O
[%]
0,25
0,25
0,24
0,24
0,24
0,25
0,25
CaO
[%]
1,01
1,01
1,1
1,3
1,4
1,09
1,1
TiO2
[%]
0,24
0,3
0,45
0,7
0,96
0,41
0,42
Fe2O3
[%]
0,32
0,38
0,52
0,84
1,3
0,52
0,5
SiO2
[%]
41,7
22,7
16,4
10,6
8,5
100,0
K2O
[%]
41,3
22,7
16,0
10,9
9,2
100,0
CaO
[%]
37,6
20,6
16,5
13,2
12,0
100,0
TiO2
[%]
24,0
16,5
18,2
19,2
22,2
100,0
Fe2O3
[%]
25,2
16,4
16,6
18,1
23,7
100,0
Distribuzioni
Na2O
[%]
44,0
23,3
16,4
9,8
6,5
100,0
MgO
[%]
24,5
15,6
15,7
20,1
24,0
100,0
Al2O3
[%]
41,0
22,4
16,4
11,0
9,2
100,0
Tabella 4. Analisi granulometrica del campione di minerale albititico oggetto di sperimentazione.
26
Tenori
Classe
[mm]
-2+0.053
-0.053
Totale calc.
Totale anal.
Massa
[%]
91,8
8,2
100,0
Na2O
[%]
8,9
6,1
8,7
8,6
MgO
[%]
2,45
7,7
2,9
2,9
Al2O3
[%]
18,4
17,8
18,4
18,4
SiO2
[%]
67
60
66,4
66,35
K2O
[%]
0,24
0,3
0,2
0,25
CaO
[%]
1,1
1,4
1,1
1,1
TiO2
[%]
0,35
1,02
0,4
0,42
Fe2O3
[%]
0,44
1,35
0,5
0,5
SiO2
92,6
7,4
100
K2O
89,9
10,1
100
CaO
89,7
10,3
100
TiO2
79,2
20,8
100
Fe2O3
78,4
21,6
100
Distribuzioni
Na2O
94,2
5,8
100
MgO
78,0
22,0
100
Al2O3
92,0
8,0
100
Tabella 5. Depolverazione del campione da sottoporre a separazione magnetica.
27
Tenori
Classe
[mm]
Magnetico
Non-Magn.
Totale
Massa
in % alim.
5,3
86,5
91,8
Na2O
[%]
4,9
9,4
9,14
MgO
[%]
10
1,9
2,37
Al2O3
[%]
14,5
18,5
18,27
SiO2
[%]
55,5
67,5
66,80
K2O
[%]
0,3
0,25
0,25
CaO
[%]
1,3
1,05
1,06
TiO2
[%]
1,1
0,31
0,36
Fe2O3
[%]
2,4
0,32
0,44
SiO2
4,8
95,2
100
K2O
6,9
93,1
100
CaO
7,1
92,9
100
TiO2
17,9
82,1
100
Fe2O3
31,6
68,4
100
Distribuzioni
Na2O
3,1
96,9
100
MgO
24,5
75,5
100
Al2O3
4,6
95,4
100
Tabella 6. Separazione magnetica del campione depolverato.
28
Tenori
Classe
[mm]
Slimato
Limi -20 µm
Totale
Massa
[%]
83,9
16,1
100,00
Na2O
[%]
8,9
7,8
8,75
MgO
[%]
2,4
5,1
2,86
Al2O3
[%]
18,4
18,6
18,46
SiO2
[%]
66,7
63,7
66,25
K2O
[%]
0,2
0,38
0,24
CaO
[%]
1,0
1,3
1,08
TiO2
[%]
0,3
0,76
0,40
Fe2O3
[%]
0,4
1,05
0,52
SiO2
84,5
15,5
100
K2O
74,2
25,8
100
CaO
80,5
19,5
100
TiO2
69,6
30,4
100
Fe2O3
67,4
32,6
100
Distribuzioni
Na2O
85,6
14,4
100
MgO
71,2
28,8
100
Al2O3
83,7
16,3
100
Tabella 7. Slimatura del campione da valorizzare mediante flottazione a pH acido.
29
Tenori
Classe
[mm]
Flottato
F.Cella
Totale calc.
Massa
in % alim.
16,7
83,3
100
Massa
[%]
14,04
69,86
83,90
Na2O
[%]
4,65
9,8
8,94
MgO
[%]
13,05
0,3
2,43
Al2O3
[%]
17,6
18,6
18,43
SiO2
[%]
55,5
69
66,74
K2O
[%]
0,41
0,17
0,21
CaO
[%]
2,2
0,8
1,03
TiO2
[%]
1,9
0,02
0,33
Fe2O3
[%]
2,2
0,06
0,42
SiO2
13,9
86,1
100,0
K2O
32,6
67,4
100,0
CaO
35,6
64,4
100,0
TiO2
95,0
5,0
100,0
Fe2O3
88,1
11,9
100,0
Distribuzioni
Na2O
8,7
91,3
100,0
MgO
89,7
10,3
100,0
Al2O3
16,0
84,0
100,0
Tabella 8. Flottazione a pH acido del campione slimato.
30
Tenori
Classe
[mm]
Slimato
Limi -20 µm
Totale
Massa
[%]
83,3
16,7
100
Na2O
[%]
9,24
7,8
9,00
MgO
[%]
2,06
5,1
2,57
Al2O3
[%]
18,29
18,6
18,34
SiO2
[%]
67,48
63,7
66,85
K2O
[%]
0,22
0,38
0,25
CaO
[%]
1,00
1,3
1,05
TiO2
[%]
0,34
0,76
0,41
Fe2O3
[%]
0,42
1,05
0,52
SiO2
84,1
15,9
100
K2O
74,3
25,7
100
CaO
79,3
20,7
100
TiO2
69,0
31,0
100
Fe2O3
66,4
33,6
100
Distribuzioni
Na2O
85,6
14,4
100
MgO
66,9
33,1
100
Al2O3
83,1
16,9
100
Tabella 9. Slimatura del campione da valorizzare mediante flottazione a pH naturale.
31
Tenori
Classe
[mm]
Flottato
F.Cella
Totale calc.
Massa
in % alim.
14,1
85,9
100
Massa
[%]
11,7
71,6
83,3
Na2O
[%]
4,6
10
9,24
MgO
[%]
12,5
0,35
2,06
Al2O3
[%]
15,8
18,7
18,29
SiO2
[%]
57
69,2
67,48
K2O
[%]
0,16
0,23
0,22
CaO
[%]
2,2
0,8
1,00
TiO2
[%]
2,1
0,05
0,34
Fe2O3
[%]
2,4
0,09
0,42
SiO2
11,9
88,1
100
K2O
10,2
89,8
100
CaO
31,1
68,9
100
TiO2
87,3
12,7
100
Fe2O3
81,4
18,6
100
Distribuzioni
Na2O
7,0
93,0
100
MgO
85,4
14,6
100
Al2O3
12,2
87,8
100
Tabella 10. Flottazione a pH naturale del campione slimato..
32
3.3 - Discussione dei risultati.
L'analisi dei risultati della depolverazione effettuata in testa alla
separazione magnetica mette in evidenza come questa operazione non fornisca
risultati degni di nota, in quanto gli elementi ferro-magnesiaco e titanifero
inquinanti non hanno subito sensibili riduzioni. Questi risultati non
giustificherebbero l'operazione di depolverazione se questa non fosse
indispensabile per l'applicazione ottimale della separazione magnetica a secco.
Il processo combinato di depolverazione e separazione magnetica
produce un notevole miglioramento della qualità del materiale che però non
riesce a raggiungere le specifiche del grès porcellanato attualmente richieste. Si
potrebbe pensare ad una sua destinazione nel settore del grès poroso se non
fosse che il minerale tal quale è, per le sue caratteristiche, già adatto a questo
scopo.
Per quanto concerne la flottazione, ambedue le metodologie adottate
hanno dato risultati positivi. Un esempio della qualità raggiunta è rappresentato
dai tenori di titanio e ferro che vengono rispettivamente ridotti, da 0,41% e
0,52% del minerale tal quale, ai valori 0,05% e 0,09% nella flottazione a pH
naturale e ai valori 0,02% e 0,06% nella flottazione a pH acido; la resa massica
è pari al 69,8% nella flottazione in campo acido al 71,6% nella flottazione in
campo neutro.
L'analisi dei risultati della slimatura effettuata in testa alla separazione
per flottazione mette in evidenza come questa operazione non abbia determinato
effetti particolarmente sensibili (diminuzione dello 0,1% nei tenori sia di titanio
che ferro). Tuttavia l'operazione di slimatura è indispensabile per la successiva
flottazione che deve avvenire su un prodotto di granulometria ottimale e senza
33
che i limi provochino interferenze negative.
Se si analizzano i risultati della separazione per flottazione in campo
acido si vede come il prodotto, titolante 0,06 % in Fe2O3 e 0,02 % in TiO2, trova
utilizzazione nel campo del grès porcellanato.
In definitiva, con riferimento all’utilizzazione industriale dell’una o
dell’altra tecnica di flottazione sperimentata, possono effettuarsi alcune
considerazioni.
I vantaggi della flottazione con collettori carbossilici a pH neutro possono
sinteticamente riassumersi come segue:
- minore aggressività della torbida di flottazione, che esclude la necessità
dell’impiego di adeguati materiali antiacido (con conseguente vantaggio
economico);
- maggiori rese massiche di prodotto concentrato in generale;
- produzione di schiume di flottazione meno voluminose e persistenti, (e
perciò più facilmente controllabili e manipolabili);
- selettività di separazione comunque elevata;
I vantaggi della flottazione con esteri fosforici a pH acido sono:
- maggior potenza collettrice in generale che permette una qualità dei
concentrati significativamente superiore, soprattutto con riferimento ai contenuti
di Ti e Fe ed in minor misura di Mg;
- minori consumi di reagente collettore.
Uno studio esaustivo delle possibilità di arricchimento del grezzo in
esame per flottazione selettiva dovrebbe prendere in considerazione la
procedura che contempla la flottazione diretta dei prodotti preventivamente
attrizionati, macinati e slimati. Basandosi sul fatto che i minerali femici
34
mostrano una maggiore fragilità rispetto alle fasi feldspatiche, è verosimile
l'obiettivo di riuscire a rigettarli in buona misura nelle frazioni più fini e di
eliminarli nella successiva fase di slimatura; cosa che consentirebbe, entrando in
flottazione con un carico più basso di inquinanti, di ottenere un concentrato più
puro.
Individuato lo schema di processo ottimale, occorrerebbe poi ottimizzare
gli indici tecnici di processo, l'aggiunta e la quantità di reagenti.
Ma una indagine sperimentale esaustiva che individui lo schema di
processo ottimale e faccia degli indici tecnici altrettanti parametri mediante cui
valutare il procedimento di flottazione da privilegiare in relazione agli obiettivi
del trattamento non rientra fra gli obiettivi del presente lavoro.
In tabella 11 vengono riassunte, e poste in confronto con l’alimentazione
di partenza, le rese massiche e le caratteristiche qualitative dei prodotti ottenuti.
Resa
(%)
grezzo
Na2O
(%)
MgO
(%)
Al2O3
(%)
SiO2
(%)
K2O
(%)
CaO
(%)
TiO2
(%)
Fe2O3
(%)
9,0
2,57
18,34
66,85
0,25
1,05
0,41
0,52
1
91,8
8,9
2,45
18,4
67
0,24
1,1
0,35
0,44
2
86,5
9,4
1,9
18,5
67,5
0,25
1,05
0,31
0,32
3
83,9
8,9
2,4
18,4
66,7
0,2
1,0
0,3
0,4
4
69,86
9,8
0,3
18,6
69
0,17
0,8
0,02
0,06
5
71,6
10
0,35
18,7
69,2
0,23
0,8
0,05
0,09
Tabella 11 - Confronto fra rese massiche e caratteristiche qualitative dei
prodotti ottenuti in ciascuna delle procedure di valorizzazione.
1): Depolverazione. 2): Separazione magnetica depolverato. 3): Slimatura dopo
comminuzione. 4): Flottazione a pH acido. 5): Flottazione a pH neutro.
35
Conclusioni.
La sperimentazione effettuata dimostra che è possibile realizzare la
valorizzazione dei prodotti feldspatici derivanti dalla coltivazione di
mineralizzazioni albititiche che, pur essendo relativamente ricche, sono però
destinate all’utilizzazione nelle fasce meno pregiate del mercato ceramico in
conseguenza della inaccettabile proporzione di componenti femici (quali i
minerali di Fe, di Ti e di Mg).
Procedimenti di flottazione inversa che utilizzano in alternativa collettori
carbossilici in ambiente neutro o esteri fosforici in ambiente acido si sono
dimostrati idonei a realizzare la valorizzazione.
Peraltro l’applicazione di entrambi i metodi alla valorizzazione di alcuni
minerali italiani ha evidenziato come essi, al meglio della qualità dei rispettivi
prodotti finali, forniscano indici tecnici di separazione sostanzialmente diversi.
I risultati confermano, in linea con l’esperienza industriale nel settore
della valorizzazione, come i collettori carbossilici consentano di ottenere
maggiori rese di prodotto concentrato, mentre gli esteri fosforici garantiscano
superiori caratteristiche qualitative al medesimo prodotto.
Conseguentemente, a causa degli evidenti svantaggi connessi con la
manipolazione di una torbida acida, il procedimento agli esteri fosforici risulta
di fatto preferibile soltanto nella valorizzazione di minerali complessi e/o nei
casi in cui il mercato richieda prodotti aventi grado di purezza particolarmente
elevato.
Nel caso in esame i vantaggi della flottazione a pH neutro (stanti le buone
caratteristiche qualitative conseguite per i concentrati) possono considerarsi
superiori agli svantaggi. Conseguentemente questa procedura dovrebbe essere
privilegiata nell'arricchimento per flottazione del minerale studiato.
36
Indice
Introduzione
2
1 - I feldspati
6
1.1 - Caratteristiche chimico-mineralogiche.
6
1.2 - Principali fonti di approvvigionamento.
8
1.3 - Settore ceramico.
9
1.4 - Settore vetrario.
13
1.5 - Il mercato dei feldspati in Italia.
14
2 - Il giacimento di Badu e Carru
16
3 - Sperimentazione in laboratorio
18
3.1 - Introduzione.
18
3.2 - Preparazione del minerale.
18
3.3 - Discussione dei risultati.
Conclusioni
33
36
37