Untitled - Tecnologie Pulite

Il presente lavoro è stato realizzato nell’ambito delle attività regolate dalla convenzione tra la Regione Emilia Romagna
ed ERVET Emilia Romagna Valorizzazione Economica Territorio S.p.A.
I contenuti del presente documento sono liberamente riproducibili, con l’obbligo di citare la fonte.
A cura di:
ERVET S.p.A., Funzione Politiche Ambientali e Sviluppo Sostenibile
Enrico Cancila, Coordinatore della Funzione
Guido Croce, Responsabile di progetto
Gaspare Antonio Giglio, redazione
Coordinamento e supervisione:
Assessorato Ambiente e Sviluppo Sostenibile, Regione Emilia Romagna
Alessandro Di Stefano, Responsabile Servizio Valutazione di Impatto Ambientale
Patrizia Bianconi, Direzione Generale Ambiente e Difesa del suolo e della costa.
Dicembre 2007
Indice
PERCHÉ UN MANUALE MONOGRAFICO PER IL SETTORE METALMECCANICO............................... 7
CAPITOLO 1: IL SETTORE METALMECCANICO............................................................................... 8
DISTRIBUZIONE DEL SETTORE METALMECCANICO IN EMILIA-ROMAGNA .................................................................9
CAPITOLO 2: LE LAVORAZIONI DI SETTORE ............................................................................... 11
FORMATURA A CALDO E A FREDDO ...........................................................................................................11
RIVESTIMENTO ..................................................................................................................................12
LAVAGGIO/SGRASSAGGIO ......................................................................................................................13
VERNICIATURA E ALTRI TRATTAMENTI SUPERFICIALI......................................................................................14
FINITURA .........................................................................................................................................14
CAPITOLO 3: GLI IMPATTI SULL’AMBIENTE E LE RELATIVE TECNICHE DI PRODUZIONE PULITE
..................................................................................................................................................... 15
EMISSIONI ATMOSFERICHE ....................................................................................................................15
Tecnica: Utilizzo di combustibili a minor impatto ambientale ...........................................................15
Olio combustibile.....................................................................................................................16
Gasolio...................................................................................................................................16
Gas naturale ...........................................................................................................................16
Tecnica: Bruciatori a bassa emissione di ossidi di azoto (low-NOx) ..................................................17
CONSUMI ENERGETICI ..........................................................................................................................18
Tecnica: Sistemi vari per l’incremento dell’efficienza delle apparecchiature elettriche.........................18
Sistemi di compressione ad alta efficienza .................................................................................18
Convertitori di frequenza o inverter...........................................................................................18
Regolatori di velocità per ventole e pompe ................................................................................19
Ottimizzazione della fornitura di energia elettrica .......................................................................19
Spegnimento automatizzato dei macchinari ...............................................................................19
Tecnica: Sistemi di compressione dell’aria .....................................................................................19
Suddivisioni della rete dell’aria compressa in più sottoreti ...........................................................20
Utilizzo di aria più fredda nei sistemi di compressione dell’aria.....................................................20
Recupero di calore dai compressori di aria.................................................................................20
Torri evaporative e recupero energetico al posto dei raffreddatori ...............................................20
Recupero di calore dal vapore ..................................................................................................20
Tecnica: Tecnologie per il miglioramento del rendimento di bruciatori e centrali termiche ..................21
Controllo automatico delle condizioni di combustione .................................................................21
Utilizzo di atomizzatori ad aria o vapore in caldaia......................................................................21
Recupero di calore dai fumi di combustione ...............................................................................21
Recupero calore fumi di combustione con sistemi recuperativi o rigenerativi.................................22
Recupero di calore da fornaci a raffreddamento evaporativo .......................................................22
Tecnica: Sistemi di cogenerazione ................................................................................................23
Tecnica: Sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili ....................................................................23
Energia solare.........................................................................................................................23
CONSUMI IDRICI .................................................................................................................................25
Tecnica: Circuito chiuso delle acque di raffreddamento e sistemi di raffreddamento a basso consumo
energetico ..................................................................................................................................25
Tecnica: Trattamento e riutilizzo dell’acqua ...................................................................................25
Tecnica: Sensori applicati a sistemi a getto di pressione .................................................................26
Tecnica: Sfruttamento delle acque piovane....................................................................................26
Tecnica: Depurazione e ricircolo della soluzione sgrassante.............................................................26
Depurazione meccanica ...........................................................................................................26
Micro e ultra filtrazione a membrana .........................................................................................26
Tecnica: Sistema a cascata delle acque di risciacquo e riutilizzo dell'over-flow ..................................27
CONSUMO DI SOSTANZE PERICOLOSE ........................................................................................................28
Tecnica: Lubrificazione elettrostatica.............................................................................................28
Tecnica: Rilevatori di perdite ........................................................................................................28
Tecnica: Depurazione e riutilizzo dei lubrificanti .............................................................................28
Tecnica: Separazione dell’olio dalle acque di drenaggio e riutilizzo dell’olio recuperato.......................29
Tecnica: Unità di controllo di erogazione per la produzione di emulsioni ...........................................29
CONSUMO DI MATERIE PRIME E IMBALLAGGI ...............................................................................................30
Tecnica: Raccolta e recupero degli scarti metallici ..........................................................................30
Tecnica: Strategie per ridurre gli impatti del packaging...................................................................30
RIFIUTI............................................................................................................................................31
Tecnica: Recupero riutilizzo delle emulsioni ...................................................................................31
Tecnica: Demineralizzazione dell’acqua utilizzata per le emulsioni....................................................31
Tecnica: Recupero energetico di oli e grassi esausti .......................................................................31
Tecnica: Utilizzo di separatori di fanghi di molatura ........................................................................31
Tecnica: Stoccaggio in sicurezza di particolari tipologie di metalli.....................................................32
RUMORE ..........................................................................................................................................33
Tecnica: Accorgimenti per la riduzione del rumore .........................................................................33
PROCESSO DI VERNICIATURA..........................................................................................................34
Tecnica: Vernici a base acquosa ...................................................................................................34
Vernici acriliche in dispersione acquosa a base epossidica ...........................................................34
Lattice acrilico in dispersione acquosa .......................................................................................35
Vernici alchidiche in dispersione acquosa...................................................................................36
Vernici bicomponenti epossidiche in dispersione acquosa ............................................................36
Dispersioni uretaniche a base acquosa ......................................................................................38
Vernici alchidiche modificate e acriliche termoindurenti in dispersione acquosa .............................38
Vernici bicomponenti silicone-acriliche in dispersione acquosa .....................................................39
Tecnica: Vernici ad alto solido ......................................................................................................39
Vernici
Vernici
Vernici
Vernici
Vernici
Vernici
Vernici
Vernici
alchidiche ....................................................................................................................39
estere epossidiche ........................................................................................................40
uretaniche monocomponenti .........................................................................................40
bicomponenti epossidiche..............................................................................................41
bicomponenti uretaniche ...............................................................................................42
alchidiche (ad essiccamento in forno).............................................................................43
poliuretaniche bicomponenti ..........................................................................................43
siliconiche ....................................................................................................................43
Vernici
Vernici
Vernici
Vernici
Vernici
Vernici
Vernici
Vernici
acriliche.......................................................................................................................46
epossidiche in polvere...................................................................................................47
ibride epossidiche-poliestere in polvere...........................................................................47
a base di nylon.............................................................................................................48
poliestere.....................................................................................................................48
polipropileniche in polvere .............................................................................................48
in polvere PVC..............................................................................................................48
in polvere UV ...............................................................................................................49
Tecnica: Vernici in polvere ...........................................................................................................44
Tecnica: Altre vernici ...................................................................................................................50
Plastisol..................................................................................................................................50
Fanghi in polvere acquosi.........................................................................................................50
Vernici autoforetiche................................................................................................................50
Vernici a elettrodeposizione......................................................................................................51
Vernici EBC.............................................................................................................................52
Vernici UV ..............................................................................................................................53
Tecnica: Tecniche di Verniciatura .................................................................................................54
Atomizzazione Convenzionale ...................................................................................................54
Atomizzazione Airless ..............................................................................................................55
Atomizzazione Mista ................................................................................................................56
Atomizzazione HVLP (High Volume – Low Pressure) ...................................................................56
Atomizzazione alla fiamma .......................................................................................................57
Atomizzazione elettrostatica a pistola ........................................................................................58
Atomizzazione elettrostatica a rotazione ....................................................................................59
Verniciatura convenzionale per immersione ...............................................................................60
Verniciatura per immersione a elettrodeposizione.......................................................................60
Tunnel di verniciatura ad allagamento.......................................................................................61
Sistemi di miscelazione avanzati ...............................................................................................61
Riutilizzo di vernici...................................................................................................................61
4
Recupero di vernice (o inchiostro) e suo riutilizzo .......................................................................62
Sistema di pompaggio diretto dallo stoccaggio all’applicazione ....................................................62
Batch painting.........................................................................................................................62
Pig clearing.............................................................................................................................62
Utilizzo di materiale pre-verniciato (coil coating) ........................................................................62
PROCESSO DI SGRASSAGGIO / LAVAGGIO INDUSTRIALE ...................................................................63
Tecnica: Prodotti per lo sgrassaggio / lavaggio industriale a minor impatto ambientale......................63
Soluzioni semi-acquose............................................................................................................63
Soluzioni acquose....................................................................................................................64
Tecnica: Tecniche a minore impatto per la pulizia/sgrassaggio e sverniciatura dei metalli ..................67
Pulizia per immersione.............................................................................................................67
Macchine lavatrici automatiche .................................................................................................67
Macchine lavatrici integrate ......................................................................................................68
Lavaggio con ultrasuoni ...........................................................................................................69
Pulizia con megasuoni .............................................................................................................71
Processi abrasivi di pulizia ........................................................................................................71
Abrasivi Plastici .......................................................................................................................72
Amido di grano .......................................................................................................................72
Schiume abrasive ....................................................................................................................73
Bicarbonato di sodio ................................................................................................................73
Pellets di CO2 ..........................................................................................................................73
Fiocchi di CO2 .........................................................................................................................74
Tecnica: Spazzolatura..................................................................................................................74
Tecnica: Getti ad alta pressione....................................................................................................75
Tecnica: Getti a bassa pressione...................................................................................................75
Tecnica: Lavaggio a vapore..........................................................................................................76
Tecnica: Sistemi chiusi di pulizia con utilizzo di vapore (CEVC) ........................................................77
Tecnica: Lavaggio al plasma.........................................................................................................78
Tecnica: Pulizia con fluido supercritico ..........................................................................................79
Tecnica: Asportazione laser..........................................................................................................79
Tecnica: UV/Ozono......................................................................................................................80
Tecnica: Lampade flash allo xenon ...............................................................................................81
Tecnica: Termosverniciatura ........................................................................................................81
Tecnica: Rimozione in letto fluido .................................................................................................81
Tecnica: Bagni di sale fuso...........................................................................................................82
Tecnica: Processo criogenico con utilizzo di azoto liquido ................................................................82
Tecnica: Accorgimenti per la riduzione dei consumi idrici ................................................................83
Tecnica: Risciacquo spray ............................................................................................................84
Tecnica: Rigenerazione e riutilizzo dell’acqua di risciacquo ..............................................................84
Tecnica: Tecniche di risciacquo multiplo ........................................................................................85
Risciacquo multistage in controcorrente ....................................................................................85
Lavaggio multiplo statico .........................................................................................................86
Doppio risciacquo statico con ultima fase di risciacquo con acqua ricircolata .................................87
Risciacquo multistage a cascata in impianti con limitazioni di spazio.............................................87
Recupero del drag-out e chiusura del ciclo.................................................................................88
Sostituzione delle sostanze più pericolose..................................................................................89
PROCESSI DI RICOTTURA, TEMPRA E TRATTAMENTO TERMICO .........................................................90
Tecnica: Accorgimenti per la riduzione degli sprechi energetici nei trattamenti termici.......................90
Tecnica: Circuito chiuso del bagno di tempra .................................................................................90
Tecnica: Ottimizzazione del rapporto stechiometrico durante il processo termico in forno ..................90
Tecnica: Preriscaldamento del materiale in entrata al forno al posto del preriscaldamento dell’aria .....91
PROCESSO DI LAMINAZIONE ...........................................................................................................91
Tecnica: Diversi accorgimenti per il risparmio energetico ................................................................91
Tecnica: Utilizzo del coil box (e del coil recovery furnace) ...............................................................91
Tecnica: Colata semifinita e colata in bramme sottili.......................................................................92
Tecnica: Massimizzazione del livello di caricamento a caldo.............................................................92
Tecnica: Ricircolo dell’acqua e recupero delle scaglie......................................................................92
Tecnica: Depurazione e ricircolo della soluzione di sgrassatura........................................................93
PROCESSO DI DECAPPAGGIO/FLUSSAGGIO ......................................................................................93
5
Tecnica: Misure generali per ridurre il consumo di acidi nella fase di decappaggio.............................93
Tecnica: Recupero di acidi liberi ...................................................................................................94
Tecnica: Rigenerazione di acidi.....................................................................................................94
Tecnica: Decapaggio a cascata.....................................................................................................96
Tecnica: Riscaldamento indiretto degli acidi tramite scambiatori di calore o combustione sommersa...96
Tecnica: Utilizzo a cascata della soluzione di sgrassatura ................................................................96
Tecnica: Separazione dei bagni di decappaggio – strippaggio..........................................................97
Tecnica: Aumento della vita utile del bagno di flussaggio................................................................97
Tecnica: Sistemi di lavaggio e riutilizzo del bagno di risciacquo........................................................97
Tecnica: Recupero di liquidi di flussaggio da liquidi di decapaggio/strippaggio esausti .......................97
Tecnica: Sistemi di rigenerazione dei bagni di flussaggio.................................................................98
PROCESSO DI RIVESTIMENTO .........................................................................................................98
Tecnica: Copertura del bagno di piombo durante il patentamento ...................................................98
Tecnica: Depurazione e riutilizzo della soluzione di fosfatazione e passivazione/cromatura.................98
Tecnica: Utilizzo di cilindri spremitori.............................................................................................99
Tecnica: Accorgimenti per la riduzione del consumo energetico nei processi di rivestimento elettrolitico
.................................................................................................................................................99
Tecnica: Accorgimenti per la riduzione dei consumi di energia termica nei bagni chimici ed
elettrochimici ..............................................................................................................................99
Tecnica: Miglioramento dell’efficienza dei bagni chimici ..................................................................99
QUADRO SINTETICO DI CORRELAZIONE TRA TECNICHE PULITE E FATTORI AMBIENTALI..... 101
GLOSSARIO ................................................................................................................................ 105
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................... 107
6
Perché un manuale monografico per il settore metalmeccanico
Il settore metalmeccanico costituisce per l’economia dell’Emilia-Romagna uno dei principali comparti
produttivi da cui, però, si generano impatti sull’ambiente non trascurabili, in particolare in termini di
consumo di energia, di produzione di rifiuti e di inquinamento dell’aria.
Per conseguire l’obiettivo di una maggiore sostenibilità delle produzioni metalmeccaniche è pertanto
importante individuare ed applicare soluzioni che permettano di prevenire o contenere gli impatti ambientali
prodotti. Questa monografia si propone come strumento mirato alla diffusione delle tecniche di produzione
pulite per le attività del settore di studio presenti sul territorio regionale. Per tecnologie pulite si intendono
impianti, macchinari e prodotti che consentono di ridurre gli impatti ambientali causati dai processi
produttivi, privilegiando le soluzioni che permettono di ridurre i consumi di risorse e di evitare, o perlomeno
minimizzare “a monte”, l’inquinamento delle diverse matrici ambientali (acqua, aria, suolo) trascurando
volutamente le tecnologie “a valle” di depurazione a meno che queste non fossero funzionali ad un recupero
di materia o energia.
Lo scopo del presente manuale monografico è quello di fornire alle parti interessate, ovvero le aziende del
settore metalmeccanico, le associazioni ma anche le amministrazioni pubbliche e la cittadinanza,
informazioni utili circa le diverse possibilità adottabili per migliorare il profilo ambientale del settore in
relazione alle varie problematiche generate.
La peculiarità della monografia è data dall’aver riunito in un unico testo le varie tecniche a basso impatto
ambientale applicabili al settore.
Con l’intento di agevolare la consultazione dei testi ed incrementare il “potenziale operativo” della
monografia, la presentazione delle diverse opzioni tecnologiche e gestionali di miglioramento ambientale,
adottabili dalle imprese del comparto metalmeccanico, è stata suddivisa in funzione della problematica
ambientale che ciascuna soluzione si propone di migliorare. E’ stato inoltre evidenziato lo specifico campo di
applicazione di ciascuna tecnica riportata, mettendo in luce l’esistenza di molteplici soluzioni comuni ai
diversi processi accanto a tecnologie invece specificatamente sviluppate per particolari processi.
Ad una prima parte di evidenziazione delle migliori tecnologie pulite disponibili suddivise per impatto
ambientale è seguito, data la vastità e complessità del settore, un focus su diversi processi la cui specificità
e/o importanza ha richiesto un approfondimento.
7
Capitolo 1: Il settore metalmeccanico
L’Emilia-Romagna è una regione dove la competitività delle imprese è cresciuta grazie ad una combinazione
di fattori fondamentali fra i quali lo sviluppo di economie di prossimità geografica, culturale e organizzativa.
Ciò ha dato vita a distretti industriali fortemente specializzati e che hanno favorito il dinamismo, la
produttività e la capacità di adattamento al mercato, nonché servizi avanzati di ricerca e strutture che hanno
contribuito e contribuiscono all’attività delle piccole e piccolissime imprese.
L'Emilia-Romagna è una delle regioni italiane con la più alta presenza di industrie nel settore
metalmeccanico, infatti sono circa 30.000 con oltre 200.000 addetti. La forte tradizione industriale ha
consentito la nascita ed il consolidarsi di molte imprese specializzate nei vari settori della metalmeccanica, ed
in modo particolare quello dell'industria meccanica tradizionale1. Questo settore rappresenta una delle realtà
più importanti nel panorama regionale e nazionale, con quasi 170.000 addetti e circa 24.000 unità locali.
Rispetto ad altri settori pure rilevanti (es. ceramico, alimentare, tessile, mobile, etc.) e per i quali produce
beni di produzione, il metalmeccanico rappresenta il 42% delle aziende emiliano romagnole.
Editoria, stampa
e riprod.
supporti
registrati
14%
Fabbric. Prodotti
Fabbric. Mobili
lav. min. non
7%
metal.
4%
Meccanica
38%
Ind. Legno
5%
Conf. articoli
vestiario
8%
Tessile
5%
Industria
alimentare e
bevande
13%
Altro
6%
Figura 1 Suddivisione delle aziende del settore manifatturiero in regione Emilia Romagna (dati Unioncamere, 2002)
In termini dimensionali, le imprese della regione sono prevalentemente piccole e piccolissime, la presenza di
microimprese (n. di addetti inferiore a 10 unità) nei settori metalmeccanici della regione Emilia-Romagna
oscilla dal 51% della produzione di metalli e loro leghe (settore DJ27) al 91% della fabbricazione di apparati
medicali, di precisione e strumenti ottici (settore DL33).
Rispetto alle altre regioni italiane l’importanza economica del settore in Emilia Romagna si pone ai primissimi
posti insieme a Piemonte, Lombardia e Veneto, eguagliando l’insieme di tutte le regione del centro Italia e
superando quelle del sud.
1
Il settore della meccanica tradizionale è composto dalle industrie della costruzione di prodotti in metallo, della costruzione e
installazione macchine e della costruzione di apparecchi precisione
8
Emilia Romagna
14%
Nord-Ovest
48%
Nord-Est
16%
Centro
13%
Sud
9%
Figura 2 Valore dell’export del settore metalmeccanico suddiviso per aree geografiche (dati ISTAT 2002)
Distribuzione del settore metalmeccanico in Emilia-Romagna
Le imprese del settore, sovente organizzate in concentrazioni caratterizzate da specializzazione produttiva e
in aree territoriali delimitate, si distribuiscono su tutto il territorio regionale. La quota di imprese del settore
nelle diverse province non è mai inferiore al 30% (Rimini al 32%), nella maggioranza dei casi (6 province su
9) superiore al 40% per arrivare a quasi il 50% nelle province di Bologna e Parma.
32,6
RN
46,1
FE
41,2
RA
35
FC
48,9
PC
PR
45,2
RE
46,1
37,4
MO
49,2
BO
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Figura 3 Incidenza dell'industria metalmeccanica sul comparto manifatturiero per provincia (dati Unioncamere, 2002)
Qui di seguito vengono presentati alcuni dei distretti della regione strettamente legati al settore meccanico:
‰
macchine automatiche per l'imballaggio (packaging): in regione è concentrato circa
l’80% delle imprese nazionali del comparto, particolarmente in provincia di Bologna e
Modena. Quest’area svolge un ruolo di assoluta centralità nell’economia del settore, infatti
circa 200 imprese con quasi 8.000 addetti operano nel comparto e producono principalmente
9
macchine automatiche per il confezionamento e l’imballaggio di prodotti alimentari e per la
fabbricazione di sigarette.
‰
‰
macchine utensili, robot, sistemi per l'automazione: l’Emilia-Romagna si colloca al
terzo posto nella produzione totale nazionale sia di macchine utensili e sistemi per
l’automazione industriale, con una quota del 17,3%, sia nella robotica, con una quota del
6,1%. Questa industria ha una buona presenza in regione, soprattutto nell’area di Piacenza
che rappresenta un polo fortemente specializzato nella progettazione e produzione di
macchine, robotica e sistemi flessibili per l’automazione; il segmento della robotica in
particolare sta assumendo nel piacentino grande rilevanza con le sue 15 imprese che
occupano 2000 addetti.
macchine agricole: il maggior numero di imprese impegnate nella costruzione o montaggio
di macchine e attrezzature per l'agricoltura è localizzato nella provincia di Reggio Emilia,
seguono poi la provincia di Modena e Bologna. Queste tre province ospitano più del 60%
delle imprese produttrici. Il settore è costituito dal comparto delle trattrici, quello delle piccole
macchine motrici e della componentistica. Le industrie regionali del settore rappresentano a
livello nazionale circa i 2/3 del fatturato pari ad oltre il 40% della produzione.
‰
macchine per la lavorazione del legno: seconda per il numero di imprese solo alla
Lombardia ed è prima in Italia per fatturato complessivo la regione può vantare la maggiore
quota del fatturato del settore con il 33% del totale nazionale. Le imprese sono concentrate
nella provincia di Modena, in modo particolare a Carpi, e nella provincia di Rimini, dove ha
sede il polo italiano delle industrie produttrici di macchine per la lavorazione del legno.
‰
macchine per l'industria alimentare: Il distretto comprende tutte le aziende che
costruiscono macchine ed impianti di trasformazione utilizzate nell’industria alimentare. Le
imprese sono presenti su tutto il territorio regionale, con un punto di eccellenza nell’area di
Parma. Qui sono localizzate circa 1/3 delle imprese nazionali che lavorano per l’industria delle
conserve vegetali, per l’industria della lavorazione della carne, per l’industria lattiero casearia
e per quella enologica.
‰
macchine per l'industria ceramica: leader mondiale nel settore meccano-ceramico la
maggior parte della produzione di macchine per la ceramica è concentrata nell’area compresa
tra Scandiano (RE), Sassuolo (MO) ed Imola (BO).
‰
industria automobilistica e motociclistica: La produzione motoristica delle imprese
della regione (circa 900) vanta aziende di importanza mondiale e di antiche tradizioni tra le
quali Ferrari, Maserati, Pagani, Bugatti, De Tomaso (Modena), Ducati e Lamborghini
(Bologna), VM Motori (Ferrara).
‰
meccanica di precisione per il medicale: Questo comparto è costituito dalle imprese di
fabbricazione di apparecchi medicali, di apparecchi di precisione, di apparecchi diagnostici, di
strumenti ottici e riveste una notevole importanza a livello nazionale. Quasi il 60% degli
addetti è infatti impiegato in Emilia-Romagna, con oltre 2.000 imprese e quasi 3.000 unità
locali che occupano oltre 12.000 addetti.
10
Capitolo 2: Le lavorazioni di settore
Il settore è caratterizzato da innumerevoli tipologie di processi che seguono l’intero iter di lavorazione del
metallo dalla fusione alle lavorazioni e assemblaggio di pezzi di precisione.
Successivamente alla fusione, comparto escluso dalle considerazioni del presente manuale, la lavorazione del
metallo inizia con la formatura che permette di ottenere prodotti metallici a forma di lingotti, billette,
superfici piatte, tubi allungati, filiformi (etc.) che rappresenteranno la materia prima di partenza per tutte le
trasformazioni successive fino alle lavorazioni meccaniche di precisione (es. taglio, foratura, saldatura, etc.) .
Lungo l’intera fase di lavorazione sono poi eseguiti trattamenti superficiali chimico-fisici atti a migliorare le
caratteristiche di resistenza del metallo (all’ossidazione, agli attacchi chimici, etc.), estetiche (es.
verniciatura, lucidatura) e di rimozione di contaminanti (oli, ruggine, etc.).
Di seguito sono riassunte le principali lavorazioni del settore di cui sono indicati i più rilevanti aspetti
ambientali:
Formatura a caldo e a freddo
comprende diversi metodi, quali la laminazione a caldo, a freddo e la trafilatura dell'acciaio. La produzione,
con differenti linee di produzione, riguarda un ampio spettro di prodotti finiti e semilavorati:
Laminazione a caldo - La laminazione a caldo è un processo di lavorazione meccanica eseguito per ridurre lo
spessore o diametro della lamiera o tondo di acciaio.
Il materiale di partenza può essere una bramma o una billetta, ottenuti dalla solidificazione dell'acciaio in
appositi impianti di colata continua. Il materiale di partenza viene riscaldato a temperatura di massima
plasticità (la temperatura è compresa tra 1050 e 1300 °C). Il processo consiste nel far passare il materiale
tra una coppia di rulli tenuti ad una distanza minore dello spessore del materiale in questo modo il materiale
è costretto a ridursi di spessore (laminarsi). Per raggiungere lo spessore finale del materiale voluto può
essere necessario eseguire più volte il processo procedendo per riduzioni successive dapprima per il treno
sbozzatore successivamente per quello o quelli finitori. I prodotti laminati a caldo sono solitamente suddivisi
in due categorie in base alla forma: prodotti piatti e prodotti lunghi. I laminatoi a caldo di solito prevedono le
seguenti fasi di processo:
‰
condizionamento della materia prima (scriccatura, rettifica);
‰
riscaldamento fino alla temperatura di laminazione;
‰
discagliatura;
‰
laminazione (comprendente riduzione dello spessore e laminazione fino alle dimensioni e
proprietà finali) e finitura (rifilatura, taglio).
I principali aspetti ambientali della laminazione a caldo sono le emissioni nell'atmosfera, in particolar modo
NOX e SOX nonché la produzione di CO2; il consumo energetico dei forni; le emissioni (diffuse) di polvere
derivanti dalla movimentazione dei prodotti, dalla laminazione o dal trattamento meccanico della superficie;
la presenza di oli minerali nelle acque di scarico e nei rifiuti determinati dalla manutenzione dei cilindri,
sistemi oleodinamici, etc.
Laminazione a freddo - La laminazione a freddo è un processo di lavorazione meccanica atto a fornire al
materiale lavorato una migliore resistenza meccanica, in quanto interviene sulla struttura dei grani cristallini,
una migliore finitura superficiale (poiché il pezzo, contrariamente alla laminazione a caldo, non si ossida), o
una forma desiderata. Il processo consiste nel far passare il materiale tra una coppia di rulli tenuti ad una
distanza minore dello spessore del materiale; in questo modo il materiale è costretto a ridursi di spessore
(laminarsi) e si ottiene di conseguenza un allungamento nel senso di laminazione. Per raggiungere lo
spessore finale del materiale voluto può essere necessario eseguire più volte il processo procedendo per
riduzioni successive. Le fasi e la sequenza del processo nei laminatoi a freddo dipende dalla qualità
dell'acciaio trattato. Le fasi del processo utilizzato per acciaio bassolegato e acciaio legato (acciaio al
carbonio) sono le seguenti:
‰
decapaggio;
‰
laminazione per riduzione di spessore;
‰
ricottura o trattamento a caldo per la rigenerazione della struttura cristallina;
11
laminazione superficiale a freddo o laminazione "skin pass" dei nastri sottoposti a ricottura
per conferire loro le proprietà meccaniche, la forma e la ruvidità di superficie desiderate e
infine finitura.
Il processo per l'acciaio altolegato (acciaio inossidabile) comprende fasi supplementari rispetto a quelle degli
acciai al carbonio. Le fasi principali sono:
‰
ricottura e decapaggio a caldo;
‰
oliatura;
‰
laminazione a freddo;
‰
ricottura finale e decapaggio (o ricottura in bianco);
‰
laminazione "skin pass" e finitura.
I prodotti laminati a freddo sono principalmente nastri e lamiere con finitura della superficie di alta qualità e
proprietà metallurgiche precise per impiego in prodotti con elevate caratteristiche tecniche. Nella laminazione
a freddo, i principali aspetti ambientali sono: i rifiuti acidi e le acque di scarico; i fumi di sgrassaggio, le
emissioni nell'atmosfera di nebbie acide e di olio; la polvere, ad esempio proveniente da discagliatura e
deavvolgimento; i NOX derivante dal decapaggio misto e i gas di combustione (NOX, SOX, CO2) provenienti
dai forni.
‰
Trafilatura - è un processo di formatura che induce un cambiamento nella forma del materiale grezzo di
partenza attraverso la deformazione plastica dovuta all’azione di forze impresse da attrezzature e matrici. La
trafilatura realizza in continuo lunghi fili o barre, con una sezione circolare oppure a profilo complesso con 3
o più lati. Nella lavorazione di trafilatura il filo subisce dei passaggi forzati attraverso delle matrici (filiere) con
dei fori di diametro progressivamente decrescente che ne riducono la sezione. Il volume del filo rimane
costante dal momento che la trafilatura è un processo senza asportazione di materiale; con la riduzione
diametrale ottengo l’incremento della sua lunghezza. L'input è solitamente costituito da vergella con
diametro compreso tra 5,5 e 16 mm proveniente da laminatoi a caldo in forma di rotoli. I fili sono divisi in
quattro categorie in base al loro diametro di:
‰
Vergelle, aventi diametro 5 mm = d < 8 mm;
‰
Intermedi, con 1 mm = d < 5 mm;
‰
Sottili, con 0.15 mm = d < 1 mm;
‰
Capillari, con d < 0.15 mm.
Il tipico impianto per la trafilatura comprende le seguenti linee di processo:
‰
Pretrattamento della vergella (discagliatura meccanica, decapaggio)
‰
Trafilatura a secco o a umido (solitamente in successivi passaggi con stampi di sezione
decrescente). Durante questo processo fondamentale è l’utilizzo di appositi lubrificanti
(sapone nella trafilatura a freddo o emulsioni) che ricoprono il filo con lo scopo di lubrificare,
raffreddare e detergere.
‰
in seguito ai molteplici passi di trafilatura, il filo incrudito subisce un trattamento a caldo
(ricottura al passaggio-/discontinua, patentamento, tempra in olio) per ripristinare le
proprietà meccaniche ed elettriche di partenza
‰
Dopo la ricottura avviene un raffreddamento in emulsione, seguito da un’asciugatura ad aria
che predispone il filo alla bobinatura.
‰
Finitura
I principali aspetti ambientali della trafilatura sono: emissioni nell'atmosfera derivanti da decapaggio, acque
di scarico e rifiuti acidi; polvere diffusa di sapone (trafilatura a secco), lubrificanti ed effluenti esauriti
(trafilatura a umido), gas di combustione proveniente da forni ed emissioni e rifiuti contenenti piombo
derivanti dai bagni di piombo durante il patentamento.
Zn
Rivestimento
Comprende diversi processi che hanno lo scopo di rivestire semilavorati o prodotti finiti con altri metalli (il più
importante dei quali è lo zinco ma anche alluminio, stagno, piombo, cromo, etc.) al fine di dar loro
caratteristiche estetiche o di maggiori resistenza chimico-fisica. Si suddividono in:
Rivestimento per immersione continua a caldo - in questo processo il foglio o il filo di acciaio viene fatto
passare in modo continuo attraverso metallo fuso. Tra i due metalli avviene quindi una reazione che conduce
ad una buona aderenza tra rivestimento e substrato migliorandone le qualità di resistenza meccanica. I
12
metalli adatti ad un utilizzo di questo tipo sono quelli con un punto di fusione sufficientemente basso da
evitare variazioni termiche nella produzione di acciaio; ad esempio, alluminio, piombo, stagno e zinco. In
generale, le linee di rivestimento continuo per lamiere comprendono le seguenti fasi:
‰
Pulitura della superficie mediante trattamento chimico e/o termico
‰
Trattamento a caldo
‰
Immersione in un bagno di metallo fuso
‰
Trattamento di finitura
Gli impianti di zincatura continua dei fili comprendono le seguenti fasi:
‰
Decapaggio
‰
Flussaggio
‰
Zincatura
‰
Finitura
I principali aspetti ambientali riguardanti specificamente il processo di zincatura (di particolare diffusione)
sono la produzione di rifiuti (in particolare la produzione di residui contenenti zinco), le acque di scarico
contaminate da oli e cromo; le emissioni nell'atmosfera e il consumo energetico dei forni.
Rivestimento per immersione a caldo discontinuo - si tratta di un processo del tutto simile a quello
precedente con la differenza che è eseguito, come dice il nome, non in continuo ma per immersioni
successive. L’ impianto consiste dunque sostanzialmente in una serie di bagni di processo o trattamento:
l'acciaio è spostato in vasche differenti e immerso nei bagni mediante carroponti. Gli articoli da sottoporre a
rivestimento negli impianti di rivestimento discontinuo sono prodotti in acciaio, quali chiodi, viti ed altri di
dimensioni molto ridotte; griglie reticolari, elementi di costruzione, componenti strutturali, pali leggeri e molti
altri. La zincatura discontinua comprende solitamente le seguenti fasi:
‰
Sgrassatura
‰
Decapaggio
‰
Applicazione del flusso
‰
Rivestimento in metallo fuso
‰
Finitura
I principali aspetti ambientali della zincatura discontinua sono le emissioni nell'atmosfera (HCl derivante dal
decapaggio, e polveri e composti gassosi provenienti dalle caldaie); le soluzioni esaurite impiegate nei vari
processi (soluzioni di sgrassatura, bagni di decapaggio e bagni di fondente), le acque oleose (ad esempio
provenienti dalla pulitura dei bagni di sgrassatura) e i residui contenenti zinco (polvere dei filtri, cenere di
zinco, zinco duro).
Copertura elettrolitica - comprende diversi processi quali cromatura dura, nichelatura, ramatura e zincatura
elettrolitica. Innanzitutto il materiale da trattare viene adeguatamente preparato (pre-sgrassato, decapato e
sgrassato). Subito dopo é immerso in una soluzione (elettrolita) contenente sali di zinco, nichel o cromo in
base dal tipo di rivestimento desiderato. Nella soluzione viene creato un passaggio di corrente che per
reazione di ossidoriduzione fa depositare i cationi metallici sulla superficie del pezzo (anodo) stesso fino a
ricoprirlo in modo omogeneo e completo. Poiché tale processo è svolto in ambiente acquoso il consumo e la
gestione dell’acqua di scarico rivestono un ruolo centrale. Risulta rilevante anche la produzione di rifiuti solidi
e liquidi pericolosi così come il consumo energetico. A seconda del procedimento, gli scarichi e i rifiuti
acquosi possono contenere cianuri, nonché sostanze tensioattive, alcune con scarsa biodegradabilità e con
effetto cumulativo, quali ad es. gli NPE e i PFOS. Il trattamento con ipoclorito degli effluenti contenenti
cianuro può dare origine ad AOX. Gli agenti complessanti (tra i quali i cianuri e gli EDTA) possono interferire
con l'eliminazione dei metalli durante la depurazione delle acque reflue o rimobilizzare metalli pesanti
nell’ambiente acquatico. Altri ioni, ad es. cloruri, solfati, fosfati, nitriti e anioni contenenti boro, possono
avere un impatto significativo a livello locale. Per ciò che concerne le emissioni nell’atmosfera ricordiamo
NOX, HCl, HF, prodotti dalle operazioni di decapaggio, le nebbie di cromo esavalente che si formano nel
corso dei processi di cromatura al cromo esavalente, etc.
Lavaggio/sgrassaggio
la finalità principale delle operazioni di preparazione è quella di ottenere una superficie completamente priva
di contaminanti siano essi solidi (polvere, ossidi, grasso, sali, vernici, inchiostri) o fluidi (oli); tale pulizia non
solo migliora l’aspetto estetico del pezzo ma è requisito necessario ad operazioni di finitura quali ad esempio
13
l’applicazione di vernici, inchiostri, adesivi, resine o sostanze plastiche. Le operazioni di pulizia industriale
sono alquanto varie sia per le tecnologie (es. laser, macchine sgrassatrici a vapore) che per le sostanze
utilizzate (solventi, soluzioni acquose, mezzi abrasivi, ecc.), come pure diversificati risultano i relativi aspetti
ambientali. Le tecniche tradizionali più comuni si basano sull’utilizzo di solventi e soluzioni acquose. Le
emissioni atmosferiche sono in questo caso caratterizzate dalla presenza di COV o aerosol acidi o basici
mentre le soluzioni non più recuperabili costituiscono il rifiuto principale. Nei processi che fanno uso di mezzi
abrasivi (sabbia, fiocchi di CO2, etc.) le polveri rappresentano il contaminante più impattante per
l’atmosfera. Altre problematiche ambientali legate ad alcune tecniche di pulizia possono essere i consumi
idrici (getti a bassa e alta pressione) o quelli energetici (ultrasuoni, macchine lavatrici, etc.).
Verniciatura e altri trattamenti superficiali
I trattamenti di finitura hanno una duplice funzione: di protezione ed estetica. Tra i più importanti
trattamenti di finitura si ricordano l’applicazione di vernici. Le vernici possono contenere elevate
concentrazioni di solventi che evaporando permettono l’essiccamento del film superficiale. Le emissioni di
COV sono quindi importanti come anche i quantitativi di rifiuti costituiti da morchie, imballaggi contaminati,
filtri esausti, acque e fanghi derivanti dai sistemi di abbattimento ad umido. Un’ulteriore fonte di produzione
di rifiuti e il consumo di solventi è la pulizia dei macchinari (pistole di verniciatura, macchine di stampa) e
degli ambienti (es. cabina di verniciatura).
Finitura
comprendono una serie piuttosto ampia di lavorazioni che possono essere suddivise in:
•
•
•
lavorazioni effettuate in centri a controllo numerico (CNC) quali tornitura, rettifica, taglio, svasatura,
foratura, fresatura, etc.: si tratta di processi che hanno l’obiettivo di modificare la forma di un
determinato pezzo di base. Tornitura e fresatura asportano il truciolo (o sovrametallo) permettendo
di realizzare un pezzo finito, la cui forma è stata definita a progetto, partendo da un pezzo grezzo di
metallo e asportando a freddo il materiale in eccesso (truciolo o sovrametallo), svasatura e
sagomatura modificano plasticamente la forma del metallo, altre lavorazioni sono poi il taglio e la
foratura.
Saldature: è un collegamento di parti solide, attraverso fusione, che realizza la continuità del
materiale fra le parti che vengono unite
lavorazioni superficiali come spazzolatura, smerigliatura, satinatura, granigliatura, lappatura,
lucidatura: lo scopo è quello di asportare contaminanti dal pezzo finito quali strati superficiali
ossidati, polveri metalliche, oli, vernici, (etc.) per migliorarne l’aspetto estetico o permettere
successive lavorazioni. Sono eseguite attraverso l’ausilio di parti in movimento rotatorio (spazzole
metalliche, materiale abrasivo, etc.) molto veloce applicate alla superficie del pezzo che si vuole
trattare oppure attraverso la collisione del pezzo con materiale abrasivo (es. sabbia) trasportato da
aria o acqua in pressione
Per quanto riguarda il primo gruppo gli impatti ambientali sono relativi, oltre che al consumo di energia
elettrica per il funzionamento dei macchinari, alla produzione di emulsioni lubrorefrigeranti esauste e alla
produzione di nebbie oleose mentre per saldature e le lavorazioni superficiali l’impatto maggiore è quello
della produzione di polveri.
14
Capitolo 3: Gli impatti sull’ambiente e le relative tecniche di
produzione pulite
Il presente capitolo costituisce il cuore della monografia poiché illustra le tecniche più pulite applicabili
all’interno del settore metalmeccanico per andare a migliorare le principali problematiche ambientali
generate dal comparto.
Tecniche e tecnologie di seguito presentate derivano sia dagli indirizzi sulle BAT (Best Available Techniques)
contenuti nei BREF2 riguardanti aziende soggette ad Autorizzazione Integrata Ambientale (Direttiva IPPC)
sia da altri approfondimenti legati alle specificità del settore metalmeccanico.
Il capitolo è strutturato nel seguente modo:
•
descrizione della problematica ambientale che caratterizza le produzioni metalmeccaniche;
•
presentazione delle tecniche a basso impatto applicabili per affrontare lo specifico problema
ambientale trattato;
•
focus su tecnologie a basso impatto ambientale su alcuni specifici processi.
Emissioni atmosferiche
Se si escludono le problematiche relative alle emissioni atmosferiche di determinate tipologie di
lavorazione (es. verniciatura, sgrassaggio, trattamenti superficiali, etc.) che verranno specificamente
trattate negli appositi capitoli. Una parte non ininfluente dell’impatto del settore sulla qualità dell’aria è
determinato dai bruciatori per la produzione di calore utilizzato sia per il riscaldamento degli ambienti di
lavoro che, senz’altro più significativo, per quelle attività di lavorazione meccanica, in special modo quelle
cosìdette “a caldo”, che necessitano di importanti quantità di energia termica (forgiatura, laminazione,
rivestimento, etc.). I principali inquinanti saranno dunque tipici dei processi di combustione di gas
(metano) e liquidi (oli pesanti, gasolio) quali NOX, SOX, CO e idrocarburi incombusti nonché contaminanti
quali l’anidride carbonica (CO2).
Oltre che nel presente capitolo tecnologie utili alla riduzione degli impatti delle emissioni atmosferiche
saranno presentate nel paragrafo che si occuperà di consumi energetici, in particolari relativamente a
quelle tecniche che migliorando l’efficienza di combustione riducono le concentrazioni di inquinanti nei
fumi di combustione.
Zn
Tecnica: Utilizzo di combustibili a minor impatto ambientale
Nei cicli di produzione di energia termica la scelta del combustibile utilizzato rappresenta una delle strategie
più promettenti per il controllo delle emissioni atmosferiche che si generano per effetto della combustione.
Tra i combustibili più comunemente utilizzati per l’alimentazione di centrali termiche o elettriche si hanno:
•
olio combustibile;
•
gasolio;
•
gas naturale o metano.
A seconda dello specifico combustibile impiegato, oltre che del regime di combustione, variano le emissioni
rilasciate di CO2 (uno tra i principali gas serra) e altri composti inquinanti quali in particolare SOx che,
differentemente da altri inquinanti tipici della combustione (NOx, idrocarburi incombusti), dipendono
esclusivamente dalla presenza di zolfo (S) all’interno del combustibile stesso.
2
Bat REFerence documents, ossia gli studi tecnici redatti dall’EIPPCB (European IPPC Bureau) di Siviglia. Presso l’ufficio comunitario di
Siviglia del Joint Research Centre è stato infatti istituito un centro di ricerca che si occupa di definire i parametri che individuano le BAT
(migliori tecniche disponibili) tramite lo scambio tra Stati membri, industrie e organizzazioni.
15
Olio combustibile
La famiglia degli oli combustibili comprende distillati pesanti, o residui della distillazione o di altre operazioni
di raffineria, classificati in base alla loro viscosità (oli fluidissimi, fluidi, semifluidi, densi) e al contenuto in
zolfo (che viene limitato, dalla normativa in vigore, all’1% in massa per la produzione di calore in campo
industriale).
Attualmente sono inoltre disponibili oli combustibili definiti “ecologici”, realizzati anche mediante miscela tra
olio combustibile e biodisel, il cui contenuto di zolfo raggiunge in alcuni casi percentuali inferiori allo 0,05%.
Il potere calorifico medio dell’olio combustibile è pari a 10.000 kcal/kg.
Gasolio
Derivato dalla distillazione primaria del petrolio greggio che contiene diversi classi di idrocarburi come
paraffine, aromatici e naftenici in proporzioni che variano da gasolio a gasolio. La qualità del prodotto deriva
dalle caratteristiche del greggio di provenienza e dalle modalità di distillazione.
Il gasolio da riscaldamento viene utilizzato come combustibile negli impianti termici.
La sua principale caratteristica è l'elevato potere calorifico (con un valore medio pari a 15.500 kcal/kg). Il
massimo contenuto di zolfo ammesso dalla normativa vigente si attesta sullo 0,2% in peso.
Gas naturale
Il gas naturale è una miscela gassosa composta essenzialmente da idrocarburi, prevalentemente metano ed
in minore quantità da etano, propano, ed idrocarburi superiori. Nella miscela possono essere presenti gas
inerti quali l'azoto e l'anidride carbonica. Lo zolfo può essere presente nel gas naturale come solfuro di
idrogeno, uno dei principali contaminanti di questa tipologia di combustibile. Esso viene rimosso prima
dell’utilizzo. Il potere calorifico medio del metano è pari a 13.500 kcal/kg.
L’emissione di particolato dai processi di combustione risulta più elevata per gli impianti che fanno uso di olio
combustibile, seguiti da quelli che impiegano gasolio e, infine, da quelli che utilizzano gas naturale (l’entità
dell’emissione decresce al diminuire del peso specifico del combustibile). Relativamente ai combustibili
liquidi, l’entità del particolato emesso può essere ridotto ricorrendo a emulsioni stabili di tali combustibili con
acqua.
Le emissioni di ossidi di zolfo (SOx) risultano più elevate per l’olio combustibile, essendo maggiore in questo
caso il contenuto di zolfo tollerato rispetto al gasolio per riscaldamento e gas naturale.
La produzione di ossidi di azoto (NOx), per quanto concerne la quota derivante dalla presenza di azoto nel
combustibile impiegato, viene ridotta ricorrendo a combustibili con un basso livello di impurezze azotate
(l’azoto presente nei combustibili è di solito un costituente delle molecole eterocicliche, sostanze presenti nei
combustibili liquidi e solidi). Nel gas naturale non sono solitamente contenuti quantitativi apprezzabili di
azoto.
Oltre agli aspetti legati alla combustione, il ricorso a gas naturale in sostituzione a combustibili liquidi, come
l’olio combustibile o il gasolio, determina ulteriori vantaggi ambientali in relazione ai seguenti elementi:
•
il trattamento che rende possibile l’impiego del gas naturale consiste semplicemente in operazioni di
disidratazione e purificazione e non richiede alcuna trasformazione come invece avviene nel caso dei
derivati del petrolio che sono sottoposti a distillazione;
•
la distribuzione capillare del gas naturale avviene tramite reti locali sotterranee mentre i combustibili
liquidi sono distribuiti con trasporti su gomma.
Per ciò che concerne l’anidride carbonica sono di seguito indicati i quantitativi di anidride carbonica prodotta
in seguito alla reazione di combustione dai differenti tipi di combustibile. Tutti i combustibili non fossili
(biogas, biodiesel, etc.) prodotti a partire da biomasse sono ad emissione complessiva di CO2 neutra in
quanto l’anidride carbonica liberata dalla combustione è uguale a quella sottratta all’atmosfera dalla
biomassa di partenza.
Fattore di emissione (t
CO2/TJ)
Combustibile
Olio combustibile residuo
Gasolio
Nafta
Kerosene
GPL
77,4
74,1
73,3
71,9
63,1
16
Gas naturale (secco)
Metano
Biodiesel, biogas, bio olio3
56,1
54,9
0
Zn
Tecnica: Bruciatori a bassa emissione di ossidi di azoto (low-NOx)
I processi industriali per la produzione di energia termica mediante processi di combustione realizzati in
forni, bruciatori, caldaie o altri impianti generano, tra i vari prodotti della combustione, anche la formazione
di ossidi di azoto - NOx (derivanti sia dall’azoto presente nell’atmosfera che si ossida ad alte temperature sia
dall’eventuale presenza di composti azotati all’interno del combustibile). Oltre al controllo dei combustibili
impiegati, al fine di minimizzare le emissioni di ossidi di azoto che si generano dai processi di combustione
possono trovare impiego appositi bruciatori, detti “Low NOx”, che ottimizzano le condizioni di combustione e
riducono la produzione di tali ossidi.
Questi bruciatori sono progettati per regolare l’afflusso di combustibile ed aria all’interno del sistema in
modo da mantenere costante il rapporto combustibile/comburente e avere così condizioni di combustione
controllate ed elevati rendimenti di processo.
Sono costruiti in versione modulante, ovvero formati da moduli componibili che ne rendono possibile
l’impiego in qualunque tipo di impianto adattandosi con la potenza necessaria all’applicazione richiesta.
L’elevato intervallo di modulazione di un bruciatore ha come ritorno un minore dispendio di calore
all’avviamento, una maggiore durata dell’impianto e una conseguente riduzione delle emissioni legata a
condizioni di buon funzionamento.
Il controllo della produzione di NOx è principalmente dato dalla particolare conformazione della testa della
combustione, la quale imprime un’alta velocità dei gas coinvolti nella reazione. I sistemi “Low NOx”
assicurano la riduzione delle emissioni e limitano la dispersione termica, realizzando così condizioni di minor
consumo ed alto rendimento.
3
In questo dato come in quelli precedenti è esclusa la produzione di C02 determinata dal consumo energetico per il trasporto e la
produzione del combustibile (raffinazione, etc.)
17
Consumi energetici
Il consumo di energia elettrica risulta generalmente preponderante in tutto il settore ed è determinato dal
funzionamento dei centri di lavoro (tornitura, fresatura, taglio, foratura, piegatura, etc.), compressori e
altri macchinari (es. presse). In altri comparti del settore, sebbene il consumo di energia elettrica rimanga
importante più rilevante può essere quello di energia termica. A tal proposito ricordiamo le cosìdette
lavorazioni “ a caldo” (trafilatura, rivestimento, laminazione, etc.) nonché processi molto energivori quali
lo sgrassaggio a vapore o con utilizzo di soluzioni acquose riscaldate. Infine da non sottovalutare può
essere il consumo di energia termica utilizzato per il riscaldamento degli ambienti di lavoro.
Zn
Tecnica: Sistemi vari per l’incremento dell’efficienza delle apparecchiature elettriche
Sistemi di compressione ad alta efficienza
La convenienza nell'adozione di motori ad alta efficienza si ha già a partire dalle 1.300 ore di funzionamento
anno per potenze inferiori ai 10 kW (basta tener conto del resto che il costo di vita di un motore è
mediamente dovuto per il 98% all'acquisto di energia elettrica e solo per il 2% ad acquisto e
manutenzione)4.
I motori elettrici ad alta efficienza sono motori che hanno minori perdite rispetto a quelli tradizionali. Le
perdite in un motore elettrico sono di diversa natura:
1. perdite meccaniche, per attrito (nei cuscinetti e nelle spazzole) e per ventilazione;
2. perdite nel ferro a vuoto (proporzionali al quadrato della tensione), consistenti nell’energia dispersa
nei cambi di direzione del flusso, e perdite per correnti parassite causate dalle correnti circolanti
entro il nucleo, indotte dai cambiamenti di flusso;
3. perdite per effetto Joule (proporzionali al quadrato della corrente), negli avvolgimenti di statore e
rotore.
Nei motori ad alta efficienza queste perdite sono state ridotte intervenendo sui materiali o modificando
alcuni elementi costruttivi quali:
‰
nucleo, realizzato con lamierini a basse perdite che diminuiscono le perdite a vuoto;
‰
sezione maggiorata dei conduttori dello statore e del rotore per ridurre le perdite per effetto
Joule;
‰
attenta scelta del numero di cave e della geometria delle stesse.
Per i motori elettrici si sono stabilite tre classi di efficienza eff1, eff2 e eff3 (la eff1 è la migliore, la eff3 la
peggiore). Per ogni classe sono stati definiti i rendimenti minimi.
Convertitori di frequenza o inverter
I convertitori di frequenza possono essere applicati a tutti i motori standard a tre fasi, nuovi o esistenti, per
pompe, sistemi di aerazione e convogliamento. Permettono di adattare la frequenza del motore alle effettive
necessità riducendo il consumo energetico.
La riduzione del consumo energetico dipende dal numero e dalla capacità della pompa; a titolo
esemplificativo alcuni dati confermano che generalmente ad una riduzione del 10% dell’output di una pompa
corrisponde una riduzione del 28% dell’energia consumata.
L'adozione di sistemi di controllo della frequenza consente di ridurre in modo considerevole il consumo
energetico soprattutto nel campo delle potenze elevate, essendo complementare in ciò ai motori ad alta
efficienza, più convenienti nel campo delle basse potenze. Le maggiori possibilità di intervento si hanno per
ventilatori e pompe, che presentano campi di applicabilità nell'ordine del 60% e risparmi conseguibili
4
Per esempio un motore elettrico da 15 kW, ha un costo di circa 520 euro, ed un costo di esercizio in dieci anni,
considerando 3.500 ore anno e un costo dell’energia elettrica di 0,7 euro/kWh, di circa 32.000 euro: quasi 60 volte il
costo iniziale.
18
all'incirca del 35%. Compressori, nastri trasportatori ed altre applicazioni offrono una minore entità di
riduzione dei consumi (circa la metà).
Regolatori di velocità per ventole e pompe
I regolatori di velocità permettono di ridurre il carico di ventole o pompe riducendone il consumo energetico.
Rappresentano un sistema di regolazione del flusso più efficiente rispetto a smorzatori, valvole di regolazione
e sistemi di ricircolo.
Ottimizzazione della fornitura di energia elettrica
Macchinari e impianti alimentati da una fornitura trifase quali trasformatori, motori elettrici, etc. assorbono
energia attiva e reattiva. Quest’ultima, totalmente improduttiva, cresce allorquando i picchi di corrente e il
potenziale non siano in fase. Quanto più il valore di cos Φ5 è vicino a 1 tanto più in modo efficiente l’energia
elettrica è utilizzata dalle macchine. Con valori di cos Φ bassi si hanno inoltre negative ripercussioni sulla vita
utile dei macchinari, causandone un’usura precoce e una minor efficienza. Poiché inoltre un eccesso di
prelievo di energia reattiva determina perdite sulla rete di distribuzione nella fattura viene addebitata una
penale quando cos Φ è minore di 0,9.
I sistemi per ridurre tali problematiche sono sia di tipo tecnologico che gestionale, sia diretti (che si
applicano ai macchinari) che indiretti (che si applicano alla fornitura) e complementari tra loro.
Domande improvvise di energia elettrica possono infatti determinare perdite a causa della distorsione dei
cicli di fase. Questo può essere evitato:
‰
utilizzando motori e trasformatori correttamente dimensionati, in modo che non debbano
funzionare a carico ridotto;
‰
non lasciando in funzione impianti senza carico o a tensioni superiori a quelle nominali,
perché tale condizione comporta un maggior assorbimento di potenza reattiva;
‰
non mantenendo in esercizio motori difettosi;
‰
utilizzando inverter.
‰
Altra possibilità è quella di utilizzare il softstarter (o avviatore elettronico dolce), dispositivo
utilizzabile nel gestire la fase di avviamento per avere avviamenti (ma anche arresti) dolci e
graduali con una limitazione della corrente di avviamento.
Il sistema indiretto più comune è invece il rifasatore, piccolo dispositivo che riduce l’energia reattiva
prelevata dall’impianto a livello di cabina di trasformazione. Per tale tecnologia il tempo di ritorno
dell’investimento è in genere inferiore a 1 anno.
Spegnimento automatizzato dei macchinari
Pompe e ventole, dispositivi di illuminazione, compressori e altri macchinari utilizzati in produzione sono
sovente lasciati lavorare anche quando non serve. Per ovviare a tali sprechi esistono sensori in grado di
individuare quando le macchine lavorano a vuoto e dunque permetterne lo spegnimento automatico.
In alternativa si può eventualmente ricorrere a programmi che regolano l’attivazione delle apparecchiature in
funzione di apposite schede di produzione o di tabelle orarie.
Zn
Tecnica: Sistemi di compressione dell’aria
La necessità di produrre aria compressa, utilizzata per diversi utensili pneumatici (spruzzatori, smerigliatrici,
trapani, avvitatori, etc.) o per le attività di pulizia con abrasivi a secco con aria compressa (sabbia, pellet,
etc.) porta a dispendi di energia elettrica che possono essere significativi. Gli impianti esistenti sono spesso
caratterizzati da prestazioni insoddisfacenti relativamente all'efficienza energetica, con un margine di
miglioramento quantificabile fra il 10% ed 40%. I motivi possono essere svariati e in particolare di natura:
• gestionale
o perdite sulla rete di distribuzione6,
5
6
Il fattore di potenza di un congegno elettrico (cos Φ) è dato dal rapporto tra l’energia attiva P (kW) e l’energia apparente S (kVA).
Un foro del diametro di un mm è associabile una perdita di portata in volume di circa 1 dm3/s, cui corrisponde una maggiore potenza
del compressore di 0,3 kW (numeri che salgono a 10 dm3/s e a 3,3 kW per un diametro di 3 mm). Ad ogni incremento di pressione di
0,1 bar nella rete di distribuzione comporta un aumento del 1% dei consumi, con pressioni di lavoro nell'intorno dei 7 bar.
19
o
•
•
usi impropri dell'aria compressa (ad esempio per la produzione di vuoto o per la pulitura
quando è possibile ricorrere a metodologie più idonee, l'utilizzo di compressori in luogo di
ventilatori, etc);
tecnico
o motori a bassa efficienza;
di progettazione
o motori funzionanti a carico parziale per buona parte del tempo di utilizzo;
o errato dimensionamento del gruppo compressore-motore;
o produzione di aria compressa a pressioni più elevati di quelle richieste.
Suddivisioni della rete dell’aria compressa in più sottoreti
Più che di una tecnologia si tratta di un importante accorgimento che può risultare utile, per ciò che
concerne il risparmio energetico, in fase di realizzazione dell'impianto, o in presenza di ristrutturazioni
significative. Progettando la rete di trasporto dell’aria compressa in due o più sottoreti a pressioni diverse,
laddove siano presenti utenze che lavorino a pressione minore e che assorbano una quota di portata d'aria
non trascurabile rispetto alla richiesta a pressione elevata, invece di produrre tutta la portata richiesta alla
pressione massima, consente risparmi energetici che possono spaziare mediamente dal 10% al 25%.
Utilizzo di aria più fredda nei sistemi di compressione dell’aria
La quantità di energia necessaria alla compressione dell’aria è funzione della temperatura della stessa:
quanto più l’aria è calda maggiore sarà il dispendio energetico necessario a comprimerla. Poiché
normalmente l’aria più fredda è posta all’esterno (soprattutto nel periodo invernale) sarà possibile attraverso
un sistema di condutture trasportarla internamente alla camera del compressore. L’energia necessaria al
funzionamento del sistema di compressione si riduce dell’1% ogni 2,8°C di riduzione della temperatura
dell’aria.
Recupero di calore dai compressori di aria
Dal 60 al 90% dell’energia assorbita dai compressori per l’aria è disponibile sotto forma di calore. Tale
fenomeno comporta, nei compressori di maggiori dimensioni (da 100 cavalli di potenza o più), la necessità di
un raffreddamento ad acqua dei motori.
In entrambi i casi si può convenientemente procedere all’impiego di scambiatori di calore funzionali a
recuperare il contenuto termico dissipato dai compressori o accumulato nelle acque di raffreddamento dei
motori. In funzione del tipo e della dimensione dell’impianto si possono generare flussi di acqua calda a 50 –
60 °C.
Il calore recuperato può essere utilizzato per il riscaldamento dei locali (es. con recupero di calore aria-aria)
o per fornire calore in diverse fasi del processo; nel caso in cui la temperatura dell’acqua calda prodotta sia
sufficientemente elevata può essere impiegata per un preriscaldamento dell’acqua di alimentazione delle
caldaie.
Il recupero di energia può essere molto redditizio quando il compressore è spazialmente vicino al processo in
cui si vuole utilizzare il calore recuperato, in modo da andare a ridurre le cadute termiche del fluido vettore
di calore (acqua).
Torri evaporative e recupero energetico al posto dei raffreddatori
Nelle torri di raffreddamento l’evaporazione di una piccola parte dell’acqua in circolo permette di allontanare
una grande quantità del calore e di ridurne la temperatura. Altro sistema per ridurre la temperatura
dell’acqua di raffreddamento può essere, eventualmente integrato con le torri evaporative, quello del
recupero di calore effettuato attraverso scambiatori di calore grazie al quale è possibile preriscaldare acqua o
aria per il riscaldamento dei locali o altra esigenza produttiva. Tali due opzioni risultano energeticamente
meno dispendiose rispetto all’utilizzo di ventole.
Recupero di calore dal vapore
Nelle aziende in cui è utilizzato vapore (es. per attività di pulizia/sgrassaggio) l’isolamento delle linee di
vapore, del condensato e dei serbatoi di stoccaggio previene inutili perdite di calore che può essere
recuperato per altri fini (es. riscaldamento ambienti di lavoro, altri processi produttivi che necessitino di una
temperatura dell’acqua più bassa).
20
Zn
Tecnica: Tecnologie per il miglioramento del rendimento di bruciatori e centrali
termiche
Controllo automatico delle condizioni di combustione
Una periodica misurazione dei principali parametri (ossigeno, monossido di carbonio, temperatura, opacità)
delle emissioni atmosferiche prodotte dalle centrali termiche permette di individuare eventuali problemi di
combustione che vanno a generare situazioni di spreco energetico e di peggioramento della qualità dei fumi
rilasciati. In particolare risulta essere molto importante mantenere un corretto rapporto aria/combustibile:
nel caso in cui tale rapporto sia troppo elevato, infatti, il calore sarà disperso attraverso il flusso, eccessivo,
di aria; se è invece troppo basso parte del carburante non sarà combusto completamente. Variazioni del
rapporto originale potranno alterare le concentrazioni di alcuni gas di scarico come ossidi di azoto,
monossido di carbonio e particolato. Il rapporto aria/combustibile ottimale dipende dal tipo di combustibile
utilizzato e dall’impianto (informazioni contenute nella scheda tecnica dell’impianto o fornite dal costruttore).
In molti bruciatori non è però facile raggiungere e mantenere valori ottimali di combustione e può essere
necessario impostare l’impianto a valori più alti del valore ottimale del 1-2% (eccesso di aria); in bruciatori
che lavorano a basso carico può essere necessario incrementare ulteriormente l’eccesso d’aria con ricadute
negative sull’efficienza.
In risposta a tali problematiche si può ricorrere a strategie funzionali ad assicurare migliori condizioni di
combustione quali:
• diminuire la concentrazione percentuale di ossigeno (tipicamente un decremento del 3% nella
concentrazione di ossigeno può portare a risparmi di combustibile del 2%);
• utilizzare un sistema di controllo della valvola di tiraggio (soluzione che evita l’eccesso di aria e può
portare a risparmi del 2-10% sull’utilizzo nei consumi di combustibile);
• utilizzare una valvola che regoli il flusso del combustibile permettendo di mantenere il rapporto
ottimale entro un certo intervallo.
Utilizzo di atomizzatori ad aria o vapore in caldaia
Il metodo con il quale il combustibile è trasportato al bruciatore può influenzare l’efficienza del bruciatore
della caldaia.
Laddove sono utilizzati combustibili fluidi un sistema che permette di incrementare l’efficienza, con una
riduzione dei consumi di combustibile del 2-8%, consiste nell’atomizzazione del combustibile sotto forma di
in gocce sospese su di un flusso di aria o vapore.
Questa operazione non solo migliora il controllo nella distribuzione del combustibile all’interno della zona di
combustione (riducendo eccessi d’aria e incombusti) ma permette anche una maggiore flessibilità nella scelta
del combustibile e può migliorare il funzionamento a basso carico.
Tra gli atomizzatori più efficienti ricordiamo quelli ad ultrasuoni che si basano sul principio di Hartmann
secondo cui l’impatto assiale di un gas compresso (aria o vapore) con una parete solida sagomata a cavità
risonante è in grado di generare onde acustiche di frequenza compresa tra 18.000 e 23.000 Hertz in grado
di scomporre il fluido (liquido o gas metano) in particelle finissime.
Recupero di calore dai fumi di combustione
Parte del calore prodotto dai processi a caldo (es. laminazione) viene disperso attraverso i fumi in uscita
negli impianti funzionanti con bruciatore.
Mediante l’installazione di opportuni dispositivi per la captazione dei fumi caldi e il recupero del contenuto
energetico attraverso il passaggio dei fumi all’interno di scambiatori di calore, è possibile valorizzare il
potenziale termico dei fumi per produrre vapore per il laminatoio a caldo o per scaldare dell’aria o dell’acqua
per impieghi di vario tipo oppure per pre-riscaldare l’aria di combustione).
L’efficacia del processo viene incrementata:
•
minimizzando la distanza tra il sistema di captazione e il punto di uscita dei fumi dalla camera di
fusione;
•
minimizzando il percorso che i fumi devono percorrere prima di entrare nello scambiatore di calore;
21
utilizzando dispositivi di scambio termico ad elevate superfici di contatto e in una situazione di moto
turbolento e a basse velocità dei fluidi;
•
ricorrendo a scambiatori di calore in cui il fluido che deve assorbire il calore rilasciato dai fumi scorra
in controcorrente rispetto ai fumi stessi, in modo da mantenere in ogni punto dello scambiatore la
massima differenza di temperatura tra i due fluidi.
Il sistema di scambio termico deve essere dimensionato in funzione della temperatura dei fumi caldi e della
temperatura che si deve raggiungere nel fluido che accumula il calore, della pressione e della portata dei due
fluidi. I materiali con cui devono essere costruite le varie parti dello scambiatore (elementi di scambio,
guarnizioni, ecc.) devono garantire resistenza sia alle temperature raggiunte dai due fluidi sia alla presenza
di eventuali componenti aggressive nei fumi da trattare.
Il recupero dell’energia termica dispersa per produrre vapore, aria o acqua calda utilizzabile in vario modo
all’interno dello stabilimento (riscaldamento locali, produzione di acqua calda per i servizi, preriscaldo
dell’aria in ingresso ai forni, ecc.) si traduce in una riduzione del consumo energetico complessivo e in una
conseguente diminuzione delle emissioni derivanti dalla combustione di combustibile deputato alla
produzione di aria ed acqua calda (ad esempio nelle centrali termiche). La tecnologia di impiego di
scambiatori di calore per recuperare il contenuto energetico da un fluido è piuttosto versatile ed applicabile
in tutti i settori in cui si ha la produzione di dispersioni termiche a significativo potenziale (ovvero con un
contenuto energetico che giustifica economicamente il ricorso a sistemi di recupero) quali ad esempio la
laminazione o il rivestimento a caldo.
•
I fumi caldi di scarico possono infine essere utilizzati per la produzione di vapore utilizzabile all’interno del
processo produttivo ovvero per la generazione di energia elettrica o ancora per la produzione di acqua calda
all’interno di reti di teleriscaldamento. Questa tecnologia è applicabile in impianti esistenti e nuovi.
Non è conveniente applicare tale tecnologia laddove sono già presenti altri sistemi di recupero di calore o
sistemi rigenerativi.
Recupero calore fumi di combustione con sistemi recuperativi o rigenerativi
I sistemi recuperativi sono costituiti da scambiatori di calore che possono essere posti sia in corrispondenza
che a valle del bruciatore prima dell’emissione in atmosfera. Il trasferimento di calore avviene in
continuazione tra i fumi di combustione e l’aria comburente in ingresso. Con questo metodo l’aria in entrata
al bruciatore può raggiungere i 600°C di temperatura. Diverso è il caso dei sistemi rigenerativi costituiti
normalmente da due scambiatori di calore (rigeneratori) contenenti normalmente materiale solido (es.
materiale ceramico) che si riscalda via via che continua il contatto con i fumi di combustione mentre l’altro,
precedentemente scaldato, cede calore all’aria comburente in ingresso. Ad un certo punto il processo è
invertito e quello che prima si riscaldava a contatto con i fumi di combustione ora riscalda l’aria fredda in
entrata al bruciatore e viceversa. Con questi sistemi l’aria in ingresso può essere riscaldata a temperature
superiori a 600°C.
Questa tecnologia permette di recuperare il calore contenuto nei fumi di combustione con un risparmio
energetico anche del 25%. Inoltre riduce i potenziali di emissione di NOX del 30% (e fino al 50% se in
combinazione con i bruciatori low-NOX).
Per quanto concerne i sistemi rigenerativi il risparmio energetico può arrivare al 40/50% con riduzioni di
emissioni di ossidi di azoto fino al 50%.
Sistemi recuperativi o rigenerativi possono essere altresì utilizzati per la produzione di vapore (es. per il
laminatoio a caldo).
I sistemi rigenerativi sono particolarmente indicati per forni discontinui. Poiché possono essere sensibili alle
polveri sarà utile monitorarle attentamente nei fumi di combustione. Fumi ricchi di polveri possono infatti
“inquinare” il materiale ceramico che dovrà essere quindi sostituito.
I sistemi rigenerativi hanno costi elevati per il costo più elevato degli scambiatori e dei bruciatori.
Recupero di calore da fornaci a raffreddamento evaporativo
In alcune fornaci è presente un sistema di raffreddamento a circuito chiuso che sfrutta una miscela di acqua
(95%) e vapore saturo (5%). In uscita dalla fornace il vapore può essere utilizzato per altri processi mentre
acqua è aggiunta per compensare l’estrazione.
Non è conveniente applicare tale tecnologia laddove sono già presenti altri sistemi di recupero di calore o
sistemi rigenerativi.
Questa opzione è ad esempio applicabile ai forni di trattamento tecnico nella laminazione a caldo.
22
Zn
Tecnica: Sistemi di cogenerazione
Per cogenerazione si intende la produzione combinata di energia elettrica ed energia termica: si recupera il
calore di combustione a valle del processo di produzione di energia elettrica, incrementando così l’efficienza
dell’intero processo. La cogenerazione rappresenta una soluzione tecnologica ottimale per migliorare i
rendimenti energetici delle aziende che hanno bisogno contemporaneamente di input significativi di energia
elettrica e termica nei processi.
Un impianto di cogenerazione nella sua forma più semplice è composto da:
• motore a combustione interna o Turbina a gas;
• generatore elettrico;
• turbina a vapore.
L’energia elettrica viene prodotta utilizzando motori a combustione interna (o turbine a gas), il combustibile
primario bruciando nella caldaia cede calore (energia termica) all’acqua, trasformandola in vapore. Una parte
di tale energia termica viene trasferita alla turbina a vapore che, trascinando l’alternatore, la trasforma in
energia elettrica. Un’altra parte, invece, viene utilizzata direttamente come vapore ai fini produttivi. La parte
rimanente, infine, nella forma di calore residuo non più utilizzabile, è disperso nell’ambiente.
La cogenerazione modulare è un sistema di recupero energetico facilmente abbinabile ad un qualsiasi
gruppo elettrogeno ed ha la funzione di recuperare l’energia termica (calore) dall’acqua di raffreddamento
del motore, dal circuito di raffreddamento della miscela aria-gas e dai gas di scarico emessi dal motore
endotermico. In particolare i gas di scarico vengono utilizzati in scambiatori di calore che permettono di
riscaldare l’acqua portandola fino a 95°C e surriscaldarla oltre i 100°C o produrre vapore, in questo modo si
disperde solo il 10% dell’energia primaria, ottenendo quindi un rendimento globale più elevato.
Gli impianti di cogenerazione possono incrementare l’efficienza di utilizzo di combustibile di oltre l’80%; a ciò
corrispondono, a parità di KWh prodotto, minori costi (consentono risparmi di combustibile, rispetto ad altre
tipologie di impianti, che vanno, a seconda del tipo di impianto utilizzato, dal 60% al 100%) e minori
emissioni di inquinanti e di gas ad effetto serra, rispetto alla produzione separata di energia e calore.
Zn
Tecnica: Sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili
Energia solare
La radiazione solare, nonostante la sua relativa scarsa densità (che raggiunge 1kW/m² nelle giornate di cielo
sereno), resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre. Il miglioramento
dell’efficienza dei pannelli solari, la durata e la bassa o nulla necessità di manutenzione degli impianti ha reso
molto interessanti alcune applicazioni nel settore civile come in quello industriale.
Due sono le principali applicazione dell’energia solare: lo sfruttamento per usi termici e quello per la
produzione di energia elettrica.
Solare termico
Lo sfruttamento dell’energia solare per usi termici ha il duplice vantaggio di ridurre sia le emissioni inquinanti
tipici della combustione di fossili sia i consumi energetici. La tecnologia ha raggiunto maturità ed affidabilità
tali da farla rientrare tra i modi più razionali e puliti per scaldare l'acqua o l'aria nell'utilizzo civile e produttivo
(es. riscaldamento degli ambienti, riscaldamento dell’acqua per la sanificazione o per la preparazione di
miscele liquide).
La tecnologia a bassa temperatura è la più diffusa, economica e matura. La denominazione “a bassa
temperatura” si riferisce ai fluidi che sono riscaldati, attraverso la radiazione solare, a temperature inferiori a
100°C (raramente si raggiungono i 120°C).
Un impianto solare standard è composto da diverse unità, ognuna con una funzione specifica:
23
•
collettore - è rappresentato dal “classico” pannello solare; serve a captare la radiazione solare, che,
penetrata attraverso lo schermo trasparente, viene trasformata in calore da un assorbitore (lamiera
di colore nero ad alta capacità di trasmissione del calore con tubi integrati) che riscalda un liquido
primario (acqua addizionata a glicole etilenico). Tra i pannelli solari più comuni si ricordano i pannelli
piani vetrati, in grado di produrre acqua ad una temperatura di 70° maggiore rispetto a quella
ambientale, e quelli sottovuoto, a maggior efficienza, in grado di scaldare l’acqua a temperatura di
100° maggiore di quella ambientale;
• serbatoio per conservare l’acqua in temperatura - contiene al suo interno uno scambiatore di calore
ad intercapedine nel quale circola il liquido del circuito primario che, cedendo il calore ricevuto dal
sole, riscalda l'acqua contenuta nel serbatoio. Poiché la radiazione solare non è sempre presente e
varia di intensità nelle diverse fasi della giornata è necessario conservare il calore accumulato
attraverso un serbatoio che è normalmente di un volume pari a 1,5 – 2 volte il consumo giornaliero7;
• accessori di regolazione e sicurezza – si tratta di dispositivi (pompa, vaso di espansione, valvole di
sicurezza, centralina di regolazione) che permettono di gestire il funzionamento di tutto l’impianto in
condizioni di sicurezza.
Per avere un’idea delle potenzialità di questi sistemi si pensi che 1 m2 di collettore solare può scaldare a 4560 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a seconda dell'efficienza che varia tra il 30% e 80% con le
condizioni climatiche e con la tipologia di collettore. Tali sistemi sono normalmente integrati per cui nel caso
in cui prolungate condizioni climatiche avverse o un eccezionale consumo di acqua calda non permetta di
fornire l’energia termica necessaria sarà la centrale termica a fornire il calore necessario con un evidente
risparmio energetico (in quanto dovrà scaldare acqua già parzialmente calda).
Le potenzialità di questa tecnologia nel settore metalmeccanico si estrinsecano in particolare nell’utilizzo
civile e in alcune condizioni (quantità d’acqua limitate, temperature non elevate) anche in quello produttivo.
Può essere infatti utilizzata per la produzione di acqua calda sanitaria e per il riscaldamento degli ambienti di
lavoro (meglio se accoppiata a sistemi di riscaldamento a bassa temperatura, es. riscaldamento a parete o
pavimento), riducendo così i consumi di metano o gasolio per la centrale termica.
Solare fotovoltaico
L'energia del sole che giunge sulla terra sotto forma di radiazione elettromagnetica può essere convertita in
energia elettrica grazie a moduli che sfruttano l'effetto fotoelettrico. I fotoni, infatti, trasportano energia e
assorbiti da alcuni materiali (particolari semiconduttori con impurezze) possono liberare elettroni. Si crea così
una corrente continua che fuoriesce dal materiale e che può essere utilizzata per il funzionamento di utenze
oppure caricare una batteria, ecc.
Il sistema di integrazione alla rete elettrica in cui l’energia prodotta è misurata e direttamente immessa in
rete permetterà all’utenza di non aver problemi legati all’accumulo né di periodi di bassa disponibilità in caso
di prolungate condizioni di irraggiamento negative.
Un impianto di connessione a rete è costituito, oltre che dai moduli fotoelettrici, da un inverter “di
connessione a rete”, completo dei necessari dispositivi di interfaccia che garantiscono il rispetto delle
caratteristiche richieste dalle società elettriche in quanto a qualità di energia elettrica immessa in rete e
sicurezza operativa.
La manutenzione di un sistema fotovoltaico è molto limitata e normalmente la durata dell’impianto si attesta
attorno ai 30 anni.
Prendendo come riferimento un impianto da 1 kW (8 – 10 m2 di pannello) di potenza nominale, con
orientamento ed inclinazione ottimali ed assenza di ombreggiamento, non dotato di dispositivo di
“inseguimento” del sole, in Italia è possibile stimare le seguenti produttività annue massime:
• regioni settentrionali 1.100 kWh/anno;
• regioni centrali 1.400 kWh/anno;
• regioni meridionali 1.600 kWh/anno.
Come misura per stimolare lo sfruttamento dell’energia solare diversi sono gli incentivi per le PMI tra cui il
“Conto Energia” che prevede il riconoscimento di una tariffa incentivante per ogni kWh prodotto da sistemi
solari fotovoltaici e immesso nella rete elettrica locale.
La tecnologia è applicabile vantaggiosamente, da un punto di vista economico, laddove la produzione
energetica sia dell’ordine di grandezza dei consumi. Per micro e piccole aziende gli impianti più comuni
variano da una potenza di 20 a 100 kWp.
7
Un serbatoio più piccolo non permetterebbe di sfruttare appieno tutta l’energia accumulata mentre uno più grande produrrebbe un
elevato accumulo di acqua ma ad una temperatura minore, facendo così entrare in funzione il sistema di riscaldamento ausiliario
(centrale termica).
24
Consumi idrici
Oltre ai consumi di tipo domestico (servizi, spogliatoi), i consumi idrici tipici del settore metalmeccanico
sono determinati dalla produzione di emulsioni lubrorefrigeranti e soluzioni acquose o semiacquose per
pulizia/sgrassaggio o altre attività di finitura (lappatura). Altro utilizzo idrico che può essere rilevante è
quello del raffreddamento di impianti o semilavorati diretto o indiretto (in cui l’acqua è utilizzata per
raffreddare bagni d’olio o altre soluzioni senza che avvenga un contatto diretto).
Poiché molto spesso l’acqua contaminata è gestita come rifiuto altre tecnologie utili alla riduzione dei
consumi idrici possono essere visionate nel paragrafo relativo ai rifiuti.
Zn
Tecnica: Circuito chiuso delle acque di raffreddamento e sistemi di raffreddamento a
basso consumo energetico
Durante la fase di raffreddamento l’acqua utilizzata si riscalda sottraendo calore all’elemento che deve essere
raffreddato. Per poter essere nuovamente utilizzata allo scopo, ovvero per implementare un sistema chiuso
di raffreddamento, occorre dotarsi di dispositivi in grado di riportare l’acqua utilizzata in condizioni idonee a
poter sottrarre nuovamente calore in maniera efficace.
Possono essere applicati allo scopo:
‰
torri di raffreddamento;
‰
recuperatori di calore.
Nelle torri di raffreddamento l’evaporazione di una piccola parte dell’acqua in circolo permette di allontanare
una grande quantità del calore presente nell’acqua trattata. Durante l’evaporazione si produce un fenomeno
di concentrazione dei sali e delle altre sostanze presenti nell’acqua che rende necessario un periodico spurgo
e reintegro con acqua fresca (comunque richiesta anche per compensare la quantità persa per
evaporazione). In funzione della composizione dell’acqua può essere necessario anche un trattamento
supplementare (consistente nel dosaggio di specifici additivi quali inibitori di cristallizzazione, inibitori di
corrosione, biocidi, ecc.; e nel preliminare addolcimento delle acque) delle acque immesse nel circuito di
raffreddamento in aggiunta allo spurgo per evitare fenomeni di corrosione, crescita batterica o altro causate
dalle sostanze che si concentrano nel circuito.
Un’ulteriore soluzione può essere quella di far passare l’acqua di raffreddamento usata all’interno di
scambiatori di calore adibiti a funzioni di recupero energetico: utilizzando un fluido (aria, acqua o altro) a
temperatura inferiore rispetto a quella dell’acqua di raffreddamento da trattare si ottiene un passaggio del
contenuto termico dall’acqua di raffreddamento (che quindi ritorna a livelli di temperatura che ne
consentono il riutilizzo in un nuovo ciclo) al fluido utilizzato (che può essere quindi impiegato per funzioni di
riscaldamento).
Il sistema di scambio termico deve essere dimensionato in funzione della temperatura dell’acqua da trattare
e della temperatura che si deve raggiungere al termine del trattamento.
Tali sistemi sono applicabili sia per le acque di raffreddamento degli impianti che del materiale (es.
successivamente ai processi di ricottura).
Zn
Tecnica: Trattamento e riutilizzo dell’acqua
In tutti i processi in cui l’acqua è contaminata da particelle solide in seguito all’utilizzo nel processo
produttivo (es. raddrizzamento delle superfici, getti ad alta pressione per la rimozione di scaglie, ruggine,
etc.) è possibile attraverso separazione fisica solido/liquido (per gravità o filtrazione) depurarla e riutilizzarla
negli stessi processi o in altri.
25
Zn
Tecnica: Sensori applicati a sistemi a getto di pressione
Semplici sensori possono essere montati in impianti che prevedono la presenza di getti a pressione
(macchine lavatrici, impianti di discagliatura, sistemi a getto a bassa e alta pressione, etc.) in modo da
individuare esattamente il momento di entrata ed uscita del materiale regolando il tempo di accensione delle
valvole dell’acqua. L’istallazione di questi sensori permette di ridurre gli sprechi d’acqua. Sono facilmente
applicabili anche in impianti esistenti.
Zn
Tecnica: Sfruttamento delle acque piovane
Sistemi di accumulo sotterranei delle acque piovane dotati di appositi sistemi filtranti permettono di sfruttare
acqua dolce (che non necessita dunque di impianto di addolcimento) utilizzabile sia a fini civili (es. scarico
bagni, irrigazione del verde aziendale) che produttivi (es. acqua per produzione emulsioni, sistemi di
abbattimento ad umido, etc.).
Tecnica: Depurazione e ricircolo della soluzione sgrassante
Le soluzioni utilizzate per lo sgrassaggio possono essere depurate e riutilizzate allo stesso scopo. Le tecniche
di recupero delle soluzioni esauste sono:
Depurazione meccanica
Con questa tecnologia le particelle più pesanti sono sedimentate e allontanate dalla soluzione mentre altre
impurità sospese possono essere separate attraverso separatori a gravità. I conglomerati di oli e grassi, che
ne rappresentano la principale contaminazione, possono essere separati attraverso schiumarole, tubi di
drenaggio e scarico, raschi, etc. In questo modo utilizzando la sola forza di gravità per un paio di ore è
possibile aumentare la vita della soluzione di 2-4 volte.
Sistema alquanto più veloce sono i separatori centrifughi che separano olio (con concentrazioni di acqua del
5-10% max) e acqua in pochi secondi e con maggiore efficienza in quanto in grado di separare gocce d’olio
anche piccolissime e al contempo di non allontanare i materiali chimici utili allo sgrassaggio. In pochi secondi
è così possibile aumentare la vita del bagno fino a 16 volte.
Con le soluzioni alcaline, essendo l’emulsione alquanto instabile la separazione con i conglomerati di olio e
grasso risulta più facile. Lo stesso tipo di pulizia può avvenire con soluzioni acide che formano però con oli e
grassi emulsioni più stabili e dunque il processo risulta meno efficiente nella separazione. L’utilizzo dello
sgrassaggio acido permette di ridurre i consumi idrici in quanto non necessita, come per lo sgrassaggio
alcalino, una successiva fase di lavaggio.
Micro e ultra filtrazione a membrana
Successivamente ad una fase di deposizione e filtrazione che permette la separazione del materiale
particellare la soluzione è pompata attraverso una membrana ad una pressione variabile da 3 a 8 bar. Oli,
grasso, e surfattanti esausti sono fermati dalla membrana e dunque separati da resto della soluzione. La vita
del bagno può aumentare di 10 – 20 volte.
26
Zn
Tecnica: Sistema a cascata delle acque di risciacquo e riutilizzo dell'over-flow
Al fine di ridurre i consumi idrici e la quantità di acque da depurare il risciacquo potrebbe essere effettuato a
cascata in controcorrente. Con questa tecnica, in cui sono presenti normalmente da 3 a 6 vasche di
dimensioni crescenti, l’acqua non contaminata è utilizzata solo per l’ultimo risciacquo. Nella prima vasca
l’acqua contaminata è invece utilizzata per sciacquare i pezzi appena usciti dalla vasca di decappaggio. Il
sistema a vasche di dimensioni crescenti fa si che dalle vasche successive (contenenti acqua più pulita) essa
trabocchi in quelle precedenti. L’acqua traboccata (over-flow) è con questo sistema sempre recuperata.
L’acqua di risciacquo delle vasche intermedie può essere utilizzata per diluire gli acidi nella vasca di
decappaggio oppure per separare gli acidi nella colonna di assorbimento utilizzata per la rigenerazione delle
soluzioni acide esauste. Oltre a ridurre il consumo di acqua e la produzione di acque di scarico permette di
ridurre i consumi di acido. Questo sistema è utilizzato per gli impianti di decappaggio di stabilimenti in cui è
effettuata laminazione a freddo,trafilatura, rivestimento a caldo e dove avvengono processi chimici e
elettrochimici.
27
Consumo di sostanze pericolose
Tra le sostanze pericolose più utilizzate nel settore metalmeccanico ricordiamo gli oli utilizzati per la
produzione di emulsioni lubrorefrigeranti dei centri di lavoro (es. torni) e per la lubrificazione di macchine
e semilavorati (es. laminazione). Altri prodotti pericolosi quali solventi e prodotti al solvente, acidi e basi
sono perlopiù utilizzati per le attività di verniciatura e lavaggio industriale e dunque trattati nei relativi
paragrafi.
Tecnica: Lubrificazione elettrostatica
In diversi processi, tra i quali quelli di formatura o zigrinatura a freddo, è sovente necessario trattare le
superfici metalliche con oli protettivi in modo che l’attrito e le elevate temperature che si vengono a formare
non determinino difetti del prodotto finito. Il trattamento con oli avviene anche al fine di proteggere i metalli
dalla corrosione durante lo stoccaggio e il trasporto.
A tale scopo possono essere utilizzati degli oliatori elettrostatici che, spruzzando l’olio dopo averlo
opportunamente caricato attraverso un elettrodo, permettono di oliare il semilavorato in modo uniforme (in
quanto le gocce, avendo la medesima carica, si allontano una dall’altra distribuendosi omogeneamente).
Questo sistema permette di ridurre in modo significativo il consumo di olio e la produzione di rifiuti pericolosi
determinati da altri sistemi di applicazione.
È possibile inoltre prevedere la copertura della macchina oliatrice in modo da ridurre il quantitativo di aerosol
oleoso disperso nell’ambiente lavorativo o nelle emissioni in atmosfera e di raccoglierlo insieme alle gocce
cadute dal pezzo durante l’oliatura.
Tecnica: Rilevatori di perdite
Lungo le tubazioni dei circuiti di lubrificazione, ed in particolare, in corrispondenza dei cuscinetti idrostatici, è
possibile installare rilevatori di perdite in grado di permettere un pronto intervento riducendo così sprechi e il
rischio di fuoriuscite e di conseguente contaminazione dell’ambiente di lavoro.
Tale tecnologia viene applicata nei circuiti di lubrificazione degli impianti di laminazione.
Tecnica: Depurazione e riutilizzo dei lubrificanti
Alcuni lubrificanti, utilizzati per esempio nei processi di trafilatura, costituiti da emulsioni semiacquose o oli
puri tendono ad accumulare, durante di processi di produzione, fini particelle di metalli. Aumentando la
concentrazione di tale contaminante possono crearsi problemi quali rotture, bassa qualità del prodotto o
logorio dei macchinari.
Al fine di ridurre la produzione di oli o emulsioni esauste è possibile utilizzare sistemi a filtrazione o a
centrifuga per depurare il lubrificante e continuare dunque ad utilizzarlo.
Questa tecnologia è applicabile a impianti sia nuovi che esistenti.
28
Tecnica: Separazione dell’olio dalle acque di drenaggio e riutilizzo dell’olio recuperato
L’acqua di drenaggio contaminata da oli provenienti da diversi impianti o stoccaggi può essere raccolta in
serbatoi. Così, l’olio può essere separato dall’acqua attraverso un disoleatore, per essere nuovamente
recuperato all’interno della fornace o destinato ad altri usi interni o esterni.
Per essere invece riutilizzato allo stesso scopo è necessario verificare che le caratteristiche fisiche (es.
viscosità) e la composizione chimica siano soddisfacenti rispetto alle caratteristiche minime richieste dagli
impianti.
Tale tecnica è applicabile in particolare negli impianti di formatura (es. laminazione a caldo) dove sono
utilizzati importanti quantitativi di lubrificante per proteggere macchine e materiali durante le forti
sollecitazioni meccaniche.
Tecnica: Unità di controllo di erogazione per la produzione di emulsioni
Esistono delle unità di controllo automatiche in grado di miscelare acqua e olio per la produzione di emulsioni
in parti esatte precedentemente impostate. Rispetto ai sistemi manuali tradizionali ciò permette di annullare
la variabilità delle proporzioni della miscela e ridurre sprechi di oli minerali dovuti a sovradosaggi.
29
Consumo di materie prime e imballaggi
Il metallo è storicamente una delle materie prime più importanti delle società antiche e moderne e
rappresenta nel settore metalmeccanico la materia prima per eccellenza. Dato anche il prezzo che gli
scarti metallici possono ottenere, il recupero di essi è una prassi abbastanza diffusa ma che può
ulteriormente essere migliorata.
Per ciò che concerne il consumo di imballaggi esso è molto differente tra i diversi comparti del
metalmeccanico. Poco rilevante nelle prime fasi della lavorazione dei metalli (es. fusione, trafilatura,
forgiatura, laminazione, etc.) nelle quali il prodotto per ragioni di dimensioni o necessità è trasportato in
ceste metalliche costantemente riutilizzate o per nulla imballato risulta invece più importante nel
comparto della lavorazione di precisione e ancora di più nell’industria meccanica-elettronica.
Zn
Tecnica: Raccolta e recupero degli scarti metallici
La raccolta e la differenziazione per natura dei diversi scarti metallici generati rappresenta oltrechè una
scelta di riduzione dell’impatto ambientale anche una possibilità di recupero economico. Tali scarti hanno
infatti un valore commerciale e possono essere recuperati, dipendentemente dalla tipologia di attività
presente all’interno dell’azienda, sia internamente (es. rifusione) che esternamente.
La raccolta avviene in occasione delle attività di pulizia:
‰
degli ambienti di lavoro;
‰
dagli impianti di lavorazione quali quelli di trattamento termico (es. patentamento con
piombo) o rivestimento a caldo sia continuo che discontinuo (es. zincatura)
Possono essere altresì determinati da processi di depurazione di emulsioni o soluzioni utilizzate per il
raffreddamento, sgrassatura, discagliatura o raddrizzamento tramite decantazione o filtrazione.
Buona pratica relativa allo stoccaggio di tali scarti è senz’altro quella della differenziazione dei diversi
materiali (zinco, piombo, ferro, rame, etc.) e della separazione degli scarti contaminati (ad esempio da oli)
da quelli non contaminati.
Zn
Tecnica: Strategie per ridurre gli impatti del packaging
La scelta del materiale da imballaggio dovrebbe basarsi, oltre che sulle caratteristiche qualitative e di
mantenimento di condizioni ottimali per la protezione del prodotto sui seguenti principi:
• riutilizzo dell’imballaggio;
• utilizzo di imballaggi in materiale riciclato;
• riduzione della massa dell’imballaggio a parità di resistenza;
• facilità di riciclo dopo l’uso (ricorrendo quindi il più possibile a materiali non compositi);
• utilizzo di materiali (es. di riempimento) per quanto possibile naturali (truccioli, fibra di cotone o di
legno, carta, juta, ecc.) non chimicamente modificati provenienti da fonti rinnovabili e facilmente
biodegradabili.
30
Rifiuti
Se si escludono i rifiuti o gli scarti solidi metallici la maggior parte dei rifiuti prodotti nel settore è
costituito da liquido oleosi (es. emulsioni) e lubrificanti esausti. Altri rifiuti pure molto importanti quali
solventi o soluzioni acide o basiche esauste sono state trattate nei paragrafi relativi alla verniciatura,
lavaggio industriale, decappaggio/flussaggio e trattamenti chimici.
Tecnica: Recupero riutilizzo delle emulsioni
Le emulsioni contaminate possono essere smaltite come rifiuti o trattate, e parzialmente riutilizzate,
riducendo così la produzione di rifiuti pericolosi nonché il consumo di acqua.
L’obiettivo è quello di dividere la frazione oleosa da quella acquosa. Il metodo più utilizzato è quello
dell’evaporazione attraverso il quale l’emulsione è riscaldata fino a far evaporare gran parte dell’acqua che
viene quindi, attraverso uno scambiatore di calore, condensata e può essere utilizzata nuovamente per la
produzione di nuove emulsioni o per altri utilizzi (es. abbattitore ad umido dell’impianto di verniciatura). Gli
oli rimasti sono invece smaltiti come rifiuti pericolosi.
Il sistema determina un aumento del consumo di energia termica (in parte recuperata con scambiatore di
calore) necessaria all’evaporazione.
Tecnica: Demineralizzazione dell’acqua utilizzata per le emulsioni
Attraverso un impianto di osmosi inversa è possibile demineralizzare l’acqua utilizzata per la formazione di
emulsione. L’acqua, privata dei sali minerali, tende a miscelarsi con molta più facilità con la parte oleosa.
Poiché le due fasi non tendono a separarsi è possibile utilizzare meno olio, inoltre non sono necessari additivi
(spesso irritanti) specifici per migliorare il grado di miscelabilità.
Il vantaggio maggiore sta però nell’allungamento notevole della vita utile dell’emulsione in quanto essa
mantiene caratteristiche di lubrorefrigerazione ottimali nonché condizioni ostili alla proliferazione di batteri.
Tecnica: Recupero energetico di oli e grassi esausti
In impianti integrati, laddove presenti altoforni, è possibile utilizzare in situ gli oli e grassi di scarto, quelli
separati dai processi di depurazione di soluzioni sgrassanti ed emulsioni, come combustibile.
Tecnica: Utilizzo di separatori di fanghi di molatura
Il principio di funzionamento di tali separatori si basa sulle caratteristiche magnetiche di molti metalli, grazie
ad esse il separatore è in grado di separare la parte metallica che può così essere facilmente inviata al
recupero.
31
Con questo sistema è possibile ridurre i quantitativi di rifiuti destinati allo smaltimento o al trattamento
finalizzato al recupero. La parte metallica ricavata potrà dunque essere inviata direttamente al recupero
esterno con minori costi di gestione.
È applicabile laddove sono prodotti fanghi di molatura contenenti metalli con proprietà ferromagnetiche
(lucidatura, smerigliatura, etc.).
Zn
Tecnica: Stoccaggio in sicurezza di particolari tipologie di metalli
La protezione dagli agenti atmosferici, attraverso adeguate coperture, per gli stoccaggi di metalli
(sottoprodotti o materie prime) è in generale una buona pratica che permette di ridurre l’impatto inquinante
delle acque piovane; essa è molto importante nel caso di accumuli di metalli che possono essere tossici a
basse (es. piombo, cadmio, nichel) o alte concentrazione (es. zinco, rame).
32
Rumore
La maggior parte dei processi di lavorazione meccanica dalla formatura alla finitura, dalle attività di
pulizia meccanica alla verniciatura determinano intensità sonore significative.
Zn
Tecnica: Accorgimenti per la riduzione del rumore
Diversi sono gli accorgimenti che permettono di ridurre l’intensità sonora determinata dal funzionamento
degli impianti e dai processi di trattamento del metallo. Tra questi ricordiamo:
sistemi di tipo ingegneristico: riguardano perlopiù l’utilizzo di silenziatori (es. per compressori) possono
essere assorbenti o reattivi. Nel primo caso assorbono il rumore, nel secondo sono costituiti da camere e
deflettori le cui dimensioni e posizionamento permettono di ridurre l’intensità rumorosa in uscita. Questi
ultimi sono in genere più efficienti in quanto agiscono in particolare su rumore a bassa frequenza. Altri
sistemi sono quelli di insonorizazione e/o isolamento acustico dei macchinari (es. grosse ventole).
Gestionali: posto che le condizioni microclimatiche lo permettano l’adozione di porte scorrevoli automatiche
che si aprano solo a necessità permette di ridurre l’intensità sonora percepita dello stabilimento al di fuori
dell’edificio.
Edile: si tratta di opere di isolamento acustico che possono essere progettate preventivamente alla
costruzione dello stabilimento o in conseguenza di ristrutturazioni straordinarie.
33
Nelle pagine successive vengono presentate le tecniche inerenti alcune specifiche lavorazioni del comparto
metalmeccanico che agiscono su più di una problematica ambientale, ovvero le tecniche proposte affrontano
e migliorano diversi impatti ambientali contemporaneamente (es. la riduzione dei consumi energetici e il
miglioramento della qualità degli scarichi).
Al fine di agevolare la lettura, le tecniche vengono suddivise e presentate per tipologia di lavorazione.
PROCESSO DI VERNICIATURA
Tecnica: Vernici a base acquosa
Quanto a proprietà chimiche (resistenza chimica, ai raggi UV, etc.) e meccaniche (es. colore, lucentezza,
resistenza all’abrasione) molte vernici a base acquosa eguagliano o superano i prodotti tradizionali a
solvente. In questi prodotti gran parte della frazione solvente è costituita da acqua, ciò riduce
significativamente la concentrazione di composti organici che raggiunge anche valori del 4 – 5%. Grazie a
questa caratteristica possono essere contenuti i costi di acquisto e gestione del sistemi di abbattimento (es.
carboni attivi, post-combustore). A questo si aggiunge che questi prodotti sono meno tossici e con
caratteristiche di bassa o nulla infiammabilità. La maggior parte delle vernici a base acquosa sono inoltre
inodori. Sono applicate a diversi substrati quali metalli e materie plastiche, è da notare però che il pH di
molte vernici ad acqua può essere considerato elevato (varia comunemente da 8 a 9,5) per alcuni metalli
particolarmente sensibili ad attacchi alcalini.
L’utilizzo di acqua come solvente principale crea però alcuni inconvenienti comuni. La fase di essiccamento è
generalmente più lunga e delicata per queste vernici a causa dell’elevato calore latente dell’acqua, per
questo motivo sono spesso utilizzati sistemi di essiccamento ad aria forzata o forni e vengono utilizzati cosolventi per velocizzare il processo. Tali sistemi necessitano di un maggiore consumo energetico.
L’applicazione elettrostatica dovrebbe essere presa in considerazione in quanto le vernici a base acquosa
sono altamente conducibili.
Le vernici a base acquosa sono generalmente più sensibili al grado di pulizia del substrato da trattare. Di
fatto il solvente presente nei prodotti convenzionali è in grado di dissolvere eventuali tracce di oli o grassi
mentre ciò non succede con i prodotti a base acquosa; il substrato dovrà dunque essere completamente
sgrassato e dovranno essere rimosse ogni traccia di ruggine e particolato, pena la formazione di crateri e
bolle e una minore bagnabilità del substrato, caratteristica quest’ultima più difficile da ottenere a causa
dell’elevata tensione superficiale dell’acqua.
La scelta di un co-solvente in una vernice ad acqua può essere quindi cruciale per evitare tali difetti. Sarà
inoltre importante evitare che il pretrattamento lasci residui (es. macchie, aloni, striature) che sono
normalmente dissolti dalle vernici tradizionali ma che dopo la verniciatura con prodotti a base acquosa
possono diventare visibili.
Poiché si tratta di prodotti poco tossici alcuni prodotti vernicianti all’acqua, se non stoccati correttamente,
sono passibili dell’attacco di microrganismi (funghi e batteri). Le aree di stoccaggio dovrebbero essere quindi
protette da un eccessivo calore per prevenire la degradazione della vernice e da temperature troppo basse
per evitarne il congelamento.
Per ciò che concerne l’aspetto economico normalmente gli investimenti necessari all’istallazione di un
impianto di verniciatura con prodotti a base acquosa sono minori rispetto a quelli necessari per impianti di
verniciatura con prodotti in polvere. A ciò è possibile aggiungere che gli impianti per la verniciatura con
prodotti convenzionali possono essere compatibili con l’utilizzo di prodotti a base acquosa; in particolare, in
questo caso, sarà opportuno però accertarsi che l’impianto sia costruito in materiale non suscettibile
all’azione chimica dell’acqua.
Il ridotto rischio di incendio e di malattie professionali si traduce in minori costi assicurativi per le aziende.
Vernici acriliche in dispersione acquosa a base epossidica
Per quanto riguarda le proprietà chimiche e meccaniche le vernici acriliche a base epossidica eguagliano, se
non superano, vernici a base solvente epossidiche e uretaniche. Hanno un’ottima resistenza alla corrosione
così come ai fluidi idraulici, ai fluidi meccanici, agli oli da taglio e lubrificanti, all’acqua e ai solventi. Sono
caratterizzate da buona resistenza alla luce ultravioletta e mostrano lucentezza, ottima ritenzione del colore
34
e resistenza allo sfarinamento. Queste vernici hanno infatti un basso peso molecolare prima della
polimerizzazione che permette loro di produrre finiture ad alta lucentezza. Il film può andare incontro ad
ingiallimento. La componente epossidica migliora l’adesione e la resistenza agli alcali.
Può accadere che residui di co-reagente possano creare alcune difficoltà quali una minore resistenza agli
agenti chimici.
Queste vernici ibride possono essere applicate ad acciaio, alluminio, e plastiche.
Sono tipicamente usate in applicazioni dove è richiesta una resistenza agli agenti chimici superiore a quella
fornita da una componente puramente acrilica e laddove sono desiderabili sostanze che emettono pochi
odori. Sono utilizzate per la finitura di superfici metalliche, dove dimostrano qualità migliori rispetto al lattice
acrilico, e nella produzione di macchinari per l’industria.
Per quanto riguarda le vernici epossidiche a base acrilica sono comunque stabili in un ampio intervallo di
temperatura.
Le vernici acriliche a base epossidica possono essere applicate con i più comuni sistemi ad aria compressa,
alle volte però non sono compatibili con i sistemi airless e di atomizzazione mista. L’applicazione deve
avvenire entro 36 ore dalla preparazione della vernice.
Queste vernici formano legami incrociati che danno origine a film reticolati insolubili. L’essiccamento è, come
in molte altre vernici a base acquosa, piuttosto lento e può avvenire a temperatura ambiente oppure
attraverso getti forzati di aria calda (<90 °C). Se la polimerizzazione avviene a basse temperature e/o in
ambienti molto umidi si può causare la formazione di un film di qualità inferiore.
Lattice acrilico in dispersione acquosa
Il lattice è una emulsione acquosa di un polimero organico; la caratteristica principale dei lattici è che
utilizzano acqua per fluidificare sostanze che non sono intrinsecamente fluide e solubili in acqua.
I lattici acrilici hanno una buona durevolezza ed una eccellente resistenza alla degradazione da raggi UV.
Durezza, flessibilità, resistenza chimica e all’abrasione e altre proprietà fisiche e chimiche derivano dal
polimero di base del lattice e da alcune specifiche modificazioni: le miscele acriliche – uretaniche sono per
esempio state sviluppate per combinarne i benefici della resina acrilica quali l’elevata lucentezza, la
resistenza agli agenti meteorologici, l’economicità e l’ottima apparenza complessiva e del poliuretano che
apporta alla miscela polimerica resistenza ai solventi e altri agenti chimici, all’abrasione, flessibilità e forza.
Certe vernici a base acquosa acriliche vengono riconosciute, per la resistenza che dimostrano, come
alternative alla gomma clorurata, al vinile, ai prodotti a finire alchidici.
Come altre vernici a base acquosa questa vernice è caratterizzata da un ottimo colore e lucentezza che
mantiene all’esterno per periodi maggiori rispetto a vernici alchidiche non modificate. È disponibile in
un’ampia gamma di colori e tutti i livelli di lucentezza e il livello di finitura è simile o perfino superiore
rispetto a quello ottenuto con vernici a base solvente. Il film può andare incontro ad ingiallimento.
Le vernici a base di lattice acrilico seccate all’aria hanno una buona durezza, contengono altre sostanze
idrosolubili e non volatili come tensioattivi e addensanti che rimangono nel film una volta secco. Queste
sostanze possono però percolare via lasciando un film meno continuo e più permeabile.
Può accadere che residui di co-reagente possano creare alcune difficoltà quali una minore resistenza agli
agenti chimici.
Le applicazioni riguardano acciaio, alluminio e plastica. In particolare è utilizzata per la finitura di oggetti
plastici nel settore medicale e delle macchine industriali, non mancano però applicazioni su metallo e legno.
In alcune applicazioni i lattici si dimostrano più tolleranti alle diverse condizioni di applicazione rispetto alle
pitture a base solvente, possono inoltre essere applicati su substrati umidi. Sono utilizzati anche come fondi
e topcoat quando non sono richieste elevate prestazioni (es. utensili e attrezzature).
Per ciò che concerne lo stoccaggio l’integrità chimica delle emulsioni è, in particolare, fortemente
compromessa a temperature di congelamento che possono separare permanentemente i componenti della
vernice rendendo insolubile la resina.
Le superfici ferrose in mancanza di un fondo valido possono andare incontro a formazione di ruggine.
La pulizia con solvente può non essere sufficiente per superfici contaminate da oli e grassi in quanto il
solvente potrebbe creare uno strato oleoso che ridurrebbe l’adesione. Una pulizia con detergenti è
considerata una migliore soluzione. Anche metodi di abrasione meccanica (es. spazzolatura, sabbiatura) su
superfici lucide possono contribuire a migliorare l’adesione.
Queste vernici possono essere applicate con la maggior parte dei sistemi di spruzzo, è possibile però che non
siano compatibili con sistemi airless e ad atomizzazione mista. Tendono ad avere una elevata viscosità di
applicazione, per questo motivo il prodotto non è atomizzato prontamente come invece succede con le
vernici a base solvente. Da un punto di vista del prodotto finito ciò si traduce in una bassa qualità della
finitura o in una bassa efficienza di trasferimento. Per ottenere una buona parcellizzazione, nei sistemi ad
35
aria, sono necessarie maggiori pressioni e ciò, come detto in precedenza, riduce l’efficienza di trasferimento
anche del 25%.
Diversamente dalle vernici ad alto solido quelle a base acquosa possono essere applicate attraverso
immersione e verniciatura ad aspersione. A seconda del clima locale potrà essere opportuno istallare un
sistema di condizionamento per stabilizzare temperatura e umidità negli ambienti di applicazione della
vernice.
Se queste vernici vengono conservate, dopo l’uso, in contenitori chiusi il tempo di impiego è molto lungo.
Tra i prodotti a base acquosa il lattice acrilico è caratterizzato da una elevata velocità di essiccamento e
temperature di essiccamento basse. L’essiccamento può avvenire all’aria ambiente oppure attraverso getti
forzati di aria calda (< 90 °C).
Lo strato verniciante matura attraverso una sequenza di fasi precisa: evaporazione del co-solvente,
evaporazione dell’acqua, coalescenza delle particelle di resina. Nel caso si tratti di smalto dopo la
coalescenza avviene la formazione dei legami incrociati della resina stessa.
Sia la temperatura ambientale che l’umidità influenza il tempo necessario all’essiccamento per le variazioni
apportate alla velocità di evaporazione dell’acqua. In aree in cui l’umidità è bassa l’essiccamento all’aria è
rapido, al contrario umidità elevata o temperature particolarmente basse potranno rendere necessario
l’utilizzo di un sistema di essiccamento con aria forzata.
Nei lattici acrilici l’essiccamento del film non produce cambiamenti di natura chimica, le caratteristiche del
polimero originale quali la durezza, la flessibilità, la resistenza chimica e all’abrasione, etc. vengono
mantenute. Il film formato rimane solubile ad ogni solvente in grado di dissolvere il polimero originale.
Nella formulazione di queste vernici ad acqua sono presenti alcuni co-solventi organici che hanno il compito
principale di dissolvere le resine. Questi solventi organici sono idrosolubili: di solito sono utilizzati alcol,
chetoni ed esteri.
Vernici alchidiche in dispersione acquosa
Gli alchidi sono le più comuni resine utilizzate in combinazione con altre per dare la capacità alle vernici di
essiccare all’aria. Sono considerate quasi “le vernici per ogni situazione” grazie alle loro complessive buone
qualità e il prezzo moderato. Inoltre, grazie al basso contenuto in COV e la facilità di applicazione, sono una
scelta ideale quando non è richiesta una durevolezza chimica e fisica particolarmente elevata del film. Le
proprietà degli alchidi possono essere migliorate modificandoli con altre resine, per esempio le resine
alchidiche-melamminiche danno una maggiore durevolezza ai prodotti a finire e una ottima resistenza agli
agenti meteorologici. Queste vernici godono generalmente di una buona resistenza ai solventi e ad altre
sostanze chimiche e possono essere utilizzate per applicazioni in interni ed esterni.
Sono ideali per fondi e smalti applicati in immersione e eccellenti come fondi e topcoat in generale per
diverse applicazioni. Non sono d’altra parte così durature come i loro equivalenti cotti in forno, le vernici
bicomponenti epossidiche e i poliuretani.
Sono applicate per immersone, tramite tecnica spray (ad aria compressa, airless, mista, HVLP) e sono
compatibili con tutti i tipi di pistole elettrostatiche. Sono estremamente versatili in quanto possono essere
diluite con acqua per raggiungere la viscosità desiderata. Queste vernici necessitano di una maggiore
regolazione della fase di applicazione in modo da trovare le condizioni ottimali di viscosità. Le vernici
costituite da un solo componente hanno una durata illimitata dopo essere state preparate, possono poi
essere ritoccate e riparate.
Le vernici a base acquosa alchidiche possono necessitare di tempi maggiori per seccare ma la qualità del
prodotto finale è similare per lucentezza, distensione, e proprietà di livellamento alle vernici alchidiche a
solvente. Possono essere essiccate attraverso l’ausilio di aria forzata ed essere presenti in prodotti a finire da
cuocere al forno (es. prodotti a finire alchidici melamminici).
Se si escludono le vernici alchiliche melamminiche sono, tra le più economiche vernici a basso tenore di COV.
Vernici bicomponenti epossidiche in dispersione acquosa
Le vernici epossidiche formano film forti e duri che dimostrano un’eccellente resistenza all’acqua, ai sali e ad
altre sostanze chimiche. Quanto a resistenza alla corrosione sono preferite ai fondi alchidici o alchidici
modificati. Sono tra le resine in commercio le più resistenti agli alcali, non hanno invece grande resistenza ai
raggi UV e sono suscettibili, in seguito ad esposizione, a sfarinamento. Questo ultimo fenomeno riduce la
lucentezza del film ma non è in grado di intaccarne le proprietà chimiche e interferire con l’integrità
strutturale dello strato. Il film può andare incontro ad ingiallimento; le vernici epossidiche in generale non
dovrebbero essere usate dove l’apparenza è la variabile critica.
In alcune applicazioni sono in grado di eguagliare, se non di superare, le proprietà chimiche e meccaniche
delle vernici epossidiche ed uretaniche a base solvente. Hanno un’ottima resistenza alla corrosione così come
36
ai fluidi idraulici, ai fluidi meccanici (es. del freno), agli oli da taglio e lubrificanti e ai solventi. Offrono inoltre
un’eccezionale adesione, resistenza all’abrasione e durevolezza. La bassa viscosità permette loro di formare
film secchi di spessore minore di 0,025 mm diversamente da quello che succede per vernici ad alto solido o
epossidiche a base solvente.
Possono essere utilizzate su un’ampia gamma di substrati. Sono eccellenti fondi grazie alla loro resistenza al
calore e all’abrasione e all’eccellente adesione che dimostrano su quasi tutti i substrati.
Gli epossidi sono considerate le migliori resine per fondi che possono essere usate nelle applicazioni
industriali. Questi fondi sono, in più, compatibili con molte tipologie di topcoat, specialmente poliuretani (sia
a base acquosa che solvente); sono inoltre compatibili con le vernici epossidiche a base solvente. I topcoat
epossidici a base acquosa sono commercialmente disponibili in un’ampia gamma di colori e gradi di
lucentezza.
Le vernici bicomponenti epossidiche a base acquosa sono utilizzate come fondi per gruppi saldati in acciaio,
per l’attrezzatura militare, intelaiature in alluminio e acciaio, pannelli in acciaio rullati a freddo e mobili,
componenti per automobili (telai, cabine) ed elettrici e per applicazioni aerospaziali. Altre applicazioni di
mercato includono anche fondi per mezzi di trasporto (compresa la riparazione) e per attrezzature, nonché
produzione di macchine industriali. Quando applicate a substrati di alluminio o acciaio trattato con zincofosfato le formulazioni non cromate risultano ottimali. Non sono invece raccomandate quando la corrosione
filiforme non può essere tollerata. Residui di co-reagente possono creare alcune difficoltà quali minore
resistenza agli agenti chimici.
Le vernici epossidiche bicomponenti sono particolarmente indicate nell’industria navale dove è richiesta
un’estrema resistenza alla corrosione e alle avverse condizioni meteorologiche.
Diverse e molto utilizzate sono le resine ibride a base di epossidi: sono usate in particolare per i serbatoi di
acciaio, per le tubazioni, per le palificazioni, le impermeabilizzazioni e per il ferro duttile. Gli usi delle resine
ibride epossi-amminiche includono: acciaio strutturale, interni ed esterni di serbatoi, tubazioni non esposte,
macchinari ed equipaggiamenti, muri e pavimenti di cemento, metalli non ferrosi. Gli epossidi di catrame di
carbone trovano invece applicazione in: serbatoi di acciaio, vasche, strutture ed equipaggiamenti per
l’immersione, palificazioni e in altre condizioni altamente corrosive. Infine le vernici con resine epossiacriliche sono utilizzate in applicazioni nelle quali si necessita di particolare durezza, flessibilità e resistenza
agli agenti chimici.
Il tipo di pulizia necessario prima della applicazione dipenderà dal tipo di metallo e di contaminante presente,
le più comuni tecniche utilizzate a tale scopo sono la pulizia meccanica, quella con solvente, soluzioni
acquose, acide e basiche.
Le vernici a base acquosa bicomponenti epossidiche possono essere applicate attraverso diverse tecniche:
spray, rullo, pennello, etc. Grazie alla bassa viscosità possono essere applicate con sistemi di atomizzazione
ad aria compressa, mista, airless, HVLP e con i diversi sistemi elettrostatici. Sostengono metodi di
applicazione a bassa viscosità più a lungo rispetto a vernici ad alto solido, a solvente o multicomponente.
La miscelazione dei due componenti principali (resina e agente polimerizzante) può risultare difficoltosa a
causa della elevata viscosità. Successivamente alla miscelazione segue il processo di indurimento del film
verniciante. Il tempo di impiego è variabile da formulazione a formulazione.
Nel caso in cui siano utilizzate elevate quantità di vernice o quando la durata della stessa, una volta
preparata, sia molto limitata, può essere vantaggioso usare un sistema spray pluri-componente. In questo
tipo di sistema il singolo componente è stoccato separatamente e alimenta la pistola in una linea dedicata.
Ogni componente è dosato da un miscelatore nelle esatte proporzioni cosicché è eliminata la necessità di
una pre-miscelazione e viene ridotta la produzione i rifiuti. A causa della breve durata della vernice una volta
miscelata, sarà essenziale l’utilizzo di un miscelatore automatico.
Le vernici epossidiche bicomponenti hanno una sensibilità superiore per le variazioni di temperatura e
umidità, per questo possono esserci difficoltà nell’atomizzazione rispetto alla controparte a base solvente.
In relazione alla loro formulazione può essere difficoltosa la pulizia dell’equipaggiamento.
Queste vernici induriscono ad una temperatura minore di 90 °C. Il processo è veloce anche in ambienti
fortemente umidi a patto che sia presente una buona ventilazione.
Ad un’azienda che volesse sostituire una vernice a base acquosa di questo tipo a vernici a solvente la
temperatura raccomandata di essiccamento sarebbe variabile tra 16 – 27 °C e l’umidità relativa tra 40% e
70%.
Tutti gli smalti costituiti da vernici epossidiche monocomponenti necessitano di indurire in forno.
A parte alcune formulazioni specifiche resistenti alla corrosione che contengono cromati molti primer e smalti
bicomponenti epossidici a base acquosa sono disponibili ad alta e bassa lucentezza e non contengono
piombo, cromati o isocianati.
37
Dispersioni uretaniche a base acquosa
Le vernici poliuretaniche a base acquosa superano spesso la loro controparte a solvente quanto a proprietà
di finitura. Le proprietà dei film da esse prodotti sono: spessore elevato, flessibilità, durevolezza e resistenza
agli agenti atmosferici nonché resistenza chimica, ai solventi, all’acqua e all’abrasione.
Queste vernici induriscono in film caratterizzati da durezza e flessibilità, eccezionale colore e lucentezza. Non
avvengono variazioni di natura chimica durante l’essiccamento e l’esposizione, di conseguenza le proprietà
originali sono mantenute nel film secco per lunghi periodi. Residui di co-reagente possono creare alcune
difficoltà quali minore resistenza agli agenti chimici. Il film può andare incontro ad ingiallimento.
Le vernici uretaniche possono essere applicate ad un’ampia gamma di substrati quali metalli, legno, fibre
tessili, vetro, plastica rigida, pelle e carta.
Alcune vernici poliuretaniche non aderiscono bene sui metalli. Alcuni primers possono essere usati per
superfici da trattare di dimensioni piccole o medie mentre per superfici più grandi potrebbe essere opportuno
far uso di fosfato di ferro o zinco.
Queste vernici possono essere applicate con i sistemi più comunemente usati. Sono necessarie più mani di
vernici per formare un ottimo film superficiale; è necessario che sia fatta attenzione affinché ci sia adesione
tra i diversi strati, il topcoat infatti non tende a dissolvere gli strati precedenti. L’acqua può essere utilizzata
sia per la diluizione che per la pulizia dell’equipaggiamento.
I tempi di essiccamento, abbastanza lunghi, dipendono dalla temperatura e dall’umidità relativa.
Vernici alchidiche modificate e acriliche termoindurenti in dispersione acquosa
Questo gruppo di vernici è caratterizzato da ottime qualità, simili a quelle delle vernici poliuretaniche. Hanno
ottima durevolezza, seccano in poco tempo, sono resistenti alla ruggine e alla formazione di muffe.
Diversamente dalle vernici alchidiche indurite a temperatura ambiente o attraverso getti forzati di aria calda,
presentano eccellenti caratteristiche chimiche e fisiche quali la resistenza ai solventi, ad altre sostanze
chimiche e ai raggi UV, durezza, buona lucentezza e resistenza all’ammaccamento. Sono caratterizzate da
ottimo colore e grado di lucentezza che presentano in una ampia gamma; possono essere utilizzate per
migliorare la tessitura del film.
Per quanto riguarda le vernici alchidiche esse mostrano un’eccellente adesione, una buona ritenzione del
colore e della lucentezza, una buona resistenza all’abrasione e agli agenti atmosferici, una buona flessibilità e
spessore del film. Residui di co-reagente possono creare alcune difficoltà quali minore resistenza agli agenti
chimici, il film può andare incontro ad ingiallimento.
Gli smalti alchidici e acrilici a base acquosa induriti in forno raggiungono risultati simili alla loro controparte a
base solvente, rispetto ad essi inoltre i primi hanno in più il vantaggio di essere caratterizzati da una
temperatura di accensione più alta, i secondi di indurire più velocemente. Gli smalti acrilici inoltre donano
un’ottima tessitura anche se non raggiungono un grado di lucentezza molto elevato.
Queste vernici sono raccomandate per il trattamento dei soli metalli, non devono comunque essere utilizzate
per substrati sensibili al calore.
La finitura nell’industria meccanica (acciaio rollato a freddo o a caldo, attrezzatura agricola e da costruzione,
etc.) rappresenta la più comune utilizzazione per gli smalti alchidici a base acquosa essiccati a temperatura
ambiente. Gli smalti alchidici ad indurimento in forno sono utilizzati per la finitura di metallo incluso OEM
industriale, e altre applicazioni relative alle costruzioni, mentre gli smalti acrilici ad indurimento in forno sono
applicati a tutti i substrati resistenti alle alte temperature. L’utilizzo su getti porosi non è consigliato a causa
dell’emissione di gas a meno che non siano prese speciali precauzioni, non sono inoltre applicabili laddove i
pezzi hanno una tolleranza dimensionale molto limitata e sono sensibili alla deformazione.
Sono utilizzate nelle linee di produzione di computer, macchine da lavoro, impianti per l’illuminazione,
apparecchiature, industria automobilistica, rocchette, etc. Possono essere utilizzate per le applicazioni di
manutenzione industriale su acciaio, cemento, fibra di vetro, alluminio, acciaio galvanizzato, per
riverniciature, per interni ed esterni. Sono disponibili fondi e topcoat anche se possono in alcuni casi essere
applicate senza il fondo.
Tra le tecniche di pulizia raccomandate c’è il lavaggio ad alta pressione.
Queste vernici possono essere applicate attraverso una delle seguenti tecniche: spray airless, pennelli e rulli.
La diluizione con acqua non è richiesta né raccomandata.
Diversamente da altre vernici che, una volta miscelate devono essere utilizzate entro un determinato tempo,
tale problema non si presenta in questo caso in quanto si ha a che fare con vernici a singolo componente.
È possibile fare ritocchi e riparazioni, è comunque consigliabile prima valutare il risultato del lavoro
attraverso test. I ritocchi inoltre possono necessitare di una nuova cottura o dell’utilizzo di una vernice ad
essiccamento all’aria. L’applicazione degli smalti alchidici da forno normalmente non crea grossi problemi.
38
Tali vernici, cotte al forno per l’indurimento, necessitano di temperature tra i 93 – 204 °C per più di 10
minuti. Se il substrato è mantenuto in forno per troppo tempo è possibile che il colore cambi.
Vernici alchidiche modificate e acriliche dovrebbero essere indurite in forni a meno di 90 °C, il tempo di
essiccamento è in questi casi più lungo.
Vernici bicomponenti silicone-acriliche in dispersione acquosa
Queste vernici combinano le qualità degli acrilati e del silicone permettendo di ottenere proprietà del film
superiori e limitando i difetti che normalmente si riscontrano nelle vernici a base acquosa, come queste
ultime mantengono comunque un eccellente colore e lucentezza. Residui di co-reagente possono creare
alcune difficoltà quali minore resistenza agli agenti chimici, inoltre il film può andare incontro ad
ingiallimento.
Trattandosi di un sistema che utilizza una vernice bicomponente molta attenzione dovrà essere data alla fase
di miscelazione poiché una volta miscelati i componenti il tempo di impiego del prodotto è limitato.
Possono essere essiccate a temperatura ambiente o attraverso getti d’aria forzata, generalmente necessitano
di lunghi tempi di essiccamento.
Poiché si tratta di una vernice bicomponente, caratterizzata quindi da un breve periodo di impiego, sarà
opportuno individuare la migliore soluzione relativa alla miscelazione e all’applicazione al fine di ridurre la
produzione di rifiuti e il consumo di prodotto.
Tecnica: Vernici ad alto solido
Le vernici ad alto solido sono prodotti mono o bicomponenti caratterizzati da un contenuto di sostanza
organica volatile minore rispetto ai prodotti tradizionali. Le concentrazioni di volatili si attestano nei prodotti
pronto uso comunemente intorno al 40% (arrivando anche al 20%) e dipendono comunque dal sistema
legante. Questi prodotti si contraddistinguono, pur contenendo un alto residuo secco, per la bassa viscosità
che è possibile ridurre ulteriormente in modo significativo con piccoli incrementi di temperatura (per questo
sono utilizzati spesso riscaldatori) evitando quindi diluizioni con solventi in fase di utilizzo. Le prestazioni
meccaniche e di resistenza dei film prodotti da vernici ad alto solido sono comparabili con quelle dei prodotti
convenzionali.
I problemi più comuni che è possibile riscontrare con queste vernici sono la bassa adesività e la corrosione
del substrato spesso causate dalla presenza di ossido di alluminio, ruggine, sporco residuo o da risciacqui
insufficienti. Da un punto di vista economico è da notare che tali prodotti, avendo un residuo secco
maggiore, mostrano anche una maggiore resa di verniciatura.
Vernici alchidiche
Le vernici alchidiche, grazie alla loro complessiva ottima qualità ed economicità, sono utilizzate in un’ampia
gamma di applicazioni sia come fondi che come topcoat. Sono disponibili in tutti i gradi di lucentezza, in un
ampio spettro di tessitura di rifinitura e in un numero elevato di colori; con esse è inoltre possibile trattare la
maggior parte dei substrati. Seccano senza intrappolare bolle d’aria e senza insaccature. Offrono
un’eccellente adesività e sono relativamente poco sensibili a condizioni di applicazione non ottimali. Inoltre
mostrano buona durevolezza e un buon grado di protezione dalla ruggine.
Tra i limiti di questo tipo di vernice ricordiamo che è stata appurata una ridotta resistenza a lungo termine
all’esposizione a raggi UV con conseguenti possibili problemi di sfarinamento e scolorimento. È mostrata
anche una minima resistenza agli alcali, a solventi e altri agenti chimici e all’immersione in acqua.
Una migliore resistenza chimica è presente invece nelle vernici ibride stirene-alchidiche. Altre caratteristiche
come durezza, ritenzione di colore, lucentezza e resistenza alla luce solare possono essere migliorate
attraverso la modifica con altre resine.
Non sono consigliate per l’applicazione diretta su zinco o su superfici ricoperte da film contenente zinco: in
questi casi dovrebbe essere prima applicato un fondo non alchidico.
Sono comunemente utilizzate per applicazioni su metalli (acciaio strutturale, parti metalliche, macchinari e
attrezzature da costruzione e agricole).
Le vernici alchidiche ad alto solido sono meno sensibili al grado di pulizia del substrato rispetto alla maggior
parte delle altre vernici.
39
Possono essere applicate attraverso sistemi convenzionali di atomizzazione ad aria compressa, airless, mista,
HVLP, e attraverso spray elettrostatico. Grazie alla loro adattabilità sono utilizzate in linee molto veloci come
quelle che fanno uso di campane o dischi elettrostatici.
Tendono ad avere una viscosità maggiore rispetto alle vernici poliuretaniche ad alto solido con la stessa
concentrazione di COV. Per alcune formulazioni può essere necessario un riscaldamento in modo da
abbassare la viscosità. I ritocchi sono facilmente eseguibili.
Necessitano di molto tempo (circa 6 – 8 ore) per l’essiccamento completo a temperatura ambiente, il
processo è più veloce invece in presenza di getti d’aria forzati o forni a temperatura preferibilmente minore
di 90°C. Per velocizzare il processo di essiccamento è possibile far uso di specifici agenti disseccanti. Se ne
conoscono di tre principali tipologie: agenti disseccanti catalitici chiamati anche agenti disseccanti superficiali
o ossidativi, agenti disseccanti polimerizzanti, agenti disseccanti ausiliari. Altri agenti disseccanti sono
costituiti da minerali quali neodimio, zirconio o alluminio che lavorano bene anche a basse temperature e
elevata umidità relativa.
Vernici estere epossidiche
Le vernici estere epossidiche ad alto solido, disponibili sia a base acquosa che solvente, formano un film più
duro e sono maggiormente resistenti alle aggressioni chimiche rispetto alle corrispondenti vernici alchiliche;
hanno inoltre un’eccellente adesività e resistenza alla corrosione.
Sono caratterizzate, d’altra parte, da una minima ritenzione del colore essendo molto più sensibili alla
radiazione UV. Alcuni tipi di formulazioni possono dare fenomeni di ingiallimento. Queste vernici sono
tipicamente applicate su attrezzatura fuoristrada agricola, trasformatori elettrici e perfino nell’industria
nautica come fondo.
Poiché queste sostanze vanno incontro ad invecchiamento sarà opportuna un’oculata gestione degli
stoccaggi per evitare eventuale degradazione del prodotto.
Possono essere applicate con tutti i tipi di equipaggiamenti spray (aria compressa, airless, mista, HVLP, etc.).
La stabilità delle formulazioni a base solvente è notevole, così come la viscosità a patto che la temperatura
sia mantenuta costante. La pigmentazione è facilmente ottenibile attraverso una normale miscelazione.
L’essiccamento può avvenire a temperatura ambiente, i tempi del processo sono ridotti con l’utilizzo di getti
d’aria forzata a temperatura minori di 90°C. Le vernici estere epossidiche induriscono per evaporazione
seguita da auto-ossidazione. Alcune formulazioni necessitano di agenti disseccanti metallici per terminare
completamente il processo.
La concentrazione di COV è limitata e può arrivare a livelli molto bassi nel caso di vernici ad alto solido a
base acquosa.
Vernici uretaniche monocomponenti
Come le vernici bicomponenti poliuretaniche, con le quali condividono gli stessi pregi, formano un film di
buono spessore e flessibilità, godono di un’eccellente durevolezza e resistenza agli agenti meteorologici
nonché allo scolorimento, ai solventi e ad altre sostanze chimiche, all’acqua e all’abrasione. Per queste
caratteristiche di resistenza e flessibilità e per la lucentezza che caratterizza il film prodotto sono tra le
vernici più utilizzate. Sono inoltre disponibili in una ampia gamma di tessiture.
Grazie alle capacità bagnanti, di penetrazione e adesione (per la quale sono spesso utilizzate come fondo)
possono essere applicate ad una grande varietà di substrati quali acciaio, alluminio, plastiche e compositi. In
molti casi sono utilizzate sopra fondi epossidici e sono spesso scelte per substrati sensibili al calore quando
sono richieste vernici a basso contenuto di COV. Sono utilizzate per verniciare automobili, bus, camion e
aerei grazie alla eccellente durevolezza e resistenza agli agenti meteorologici. Sono inoltre tra le vernici più
utilizzate in campo militare.
Poiché l’indurimento di questa vernice avviene a contattto con l’umidità sarà opportuno limitare quanto
possibile ogni contatto con l’acqua, in forma liquida o aeriforme, pena l’inutilizzazione della vernice e la
produzione di rifiuti pericolosi. Una volta aperti i contenitori della vernice, è consigliabile chiuderli quanto
prima in modo da ridurre l’esposizione all’umidità.
Un elevato grado di pulizia da oli e grassi del substrato e dell’equipaggiamento è essenziale perché si abbia
una buona adesione al substrato e una soddisfacente qualità del film. Un substrato eccessivamente umido
può provocare la formazione di bolle, una limitata adesività e la separazione dei diversi film.
Possono essere applicate attraverso pennelli, rulli, raschiatoi o spray. Come molte altre vernici ad alto solido
può essere difficoltoso creare un film di spessore uniforme su pezzi dalla geometria complessa. È necessario
evitare qualunque contaminazione di acqua nelle resine e nei solventi. Il flessibile che porta alla pistola spray
e lo spazio vuoto presente nei contenitori della vernice devono contenere aria secca per prevenire una
40
polimerizzazione prematura, a questo scopo può essere utilizzata un’atmosfera composta di azoto. Poiché
queste vernici sono monocomponenti non danno problemi di stabilità e sono possibili ritocchi.
Il processo di polimerizzazione dipende dalla formulazione specifica, dalla presenza di catalizzatori e dalla
funzionalità del poliuretano.
Le vernici uretaniche ad alto solido contengono un quantitativo di COV limitato (minore del 42%).
Contenendo poliisocianati gli operatori dovrebbero proteggersi dal contatto e dall’inspirazione dei fumi. Tali
sostanze, respirate per lunghi periodi, possono creare problemi alle vie respiratorie, soprattutto a quella
parte della popolazione ad essi particolarmente sensibile. Ultimamente sono state individuate alcune
formulazioni che non contengono isocianati e che sono quindi considerevolmente meno pericolose, per
quanto riguarda le prestazioni sono poi pressoché identiche alle formulazioni che ne contengono.
Vernici bicomponenti epossidiche
Le vernici bicomponenti epossidiche formano film di buon spessore e durezza caratterizzati da una superiore
resistenza all’acqua, al sale e ad altri agenti chimici. Sono tra le resine più resistenti agli alcali. Sono inoltre
disponibili in un’ampia gamma di colori e livelli di lucentezza, per contro non hanno una buona resistenza ai
raggi UV e per questo sono suscettibili a sfarinamento, ciò non influenza comunque le proprietà fisiche del
film.
In generale non sono molto usate laddove l’apparenza generale è una variabile critica. Esistono comunque
alcuni additivi (es. composti acetilenici) in grado di ridurre la formazione di crateri, buccia d’arancia e altri
difetti migliorando così l’aspetto estetico del film senza per questo influenzare negativamente altre
caratteristiche.
Possono essere utilizzate su una larga gamma di substrati (metalli, legno, carta, vetro, plastiche, ceramiche,
compositi, murature) grazie alla loro ottima adesività alla maggior parte dei substrati e alla resistenza a
calore e abrasione; per questi motivi sono ottimi fondi e tra i migliori per le applicazioni industriali. Sono
utilizzati nell’industria nautica grazie all’estrema resistenza alla corrosione e alla possibilità di essere applicate
con qualunque condizione meteorologica, nonché in altri campi particolari quali costruzioni di ponti, serbatoi
e tubazioni per il contenimento di acqua, gas, idrocarburi e attrezzatura per le perforazioni. Mostrano ottime
performance nel trattamento di acciaio placcato (zincato o cromato) e non.
Sono utilizzate anche come adesivi e sigillanti nell’industria elettronica e dell’attrezzatura sportiva dove
mostrano un’eccellente forza adesiva, resistenza all’umidità e ai solventi e un minimo grado di contrazione.
In ambienti esterni si è notato, per le colorazioni nere o molto scure, una maggiore predisposizione alla
formazione di crepe causato dalle forti escursioni termiche.
Le vernici epossidiche-acriliche sono utilizzate laddove necessitano film duri, flessibili e con una grande
resistenza agli agenti chimici. Dotate di poca flessibilità ma di un’eccellente resistenza agli agenti chimici le
vernici amminiche-epossidiche polifunzionali sono utilizzate laddove questa qualità rappresenta la variabile
principale. Di una minore resistenza all’attacco chimico ma di una maggiore durezza e flessibilità del film
sono caratterizzate invece le vernici epossidiche poliammidiche.
Infine le vernici epossidiche miscelate con polveri ceramiche sono caratterizzate da adesività, flessibilità,
resistenza all’abrasione e alla corrosione fuori dal comune e senz’altro superiori a quelle che si possono
trovare in altre vernici epossidiche, poliuretaniche e in vernici a base acquosa; hanno una eccellente
resistenza agli acidi, alle basi forti, ai distillati del petrolio e ai solventi, e sono ottimi isolanti elettrici.
Vengono utilizzate spesso come topcoat senza bisogno di fondo.
La pulizia del substrato e dell’equipaggiamento è importante affinché si abbia una buona adesività e qualità
del film ottimali. Il tipo di pulizia richiesto dipenderà dal tipo di metallo da trattare e dalla natura del
contaminante, i più comuni tipi di pulizia utilizzati sono quelli meccanici e i lavaggi con soluzioni acquose
(acide, alcaline, etc.) e semiacquose.
Le vernici bicomponenti epossidiche sono formate da due principali componenti: una resina epossidica e
un’agente polimerizzante come poliammine, poliammidi o polisulfuri. Il tempo di impiego della vernice in
seguito a miscelazione varia da formulazione a formulazione e può dipendere anche da fattori ambientali (es.
è minore se le temperature sono alte). Generalmente questo intervallo di tempo è minore per le vernici che
contengono poliammine rispetto a poliammidi.
Possono essere applicate attraverso i metodi standard: spray, rullo, pennello, etc.
La viscosità della vernice può essere aggiustata con piccoli quantitativi di isopropanolo o metiletil-chetone,
esteri e chetoni possono essere imballati insieme alle resine epossidiche per migliorarne la stabilità nello
stoccaggio.
Una miscelazione scorretta, l’applicazione di vernice ritardata o effettuata su overspray secco possono
provocare la formazione di crepe. Risulta difficoltoso rimuovere il film una volta polimerizzato.
41
Se l’essiccamento è effettuato a temperatura ambiente il processo può necessitare di 3 – 5 ore, esistono
però alcune formulazioni in grado di polimerizzare completamente in 20 minuti. Nel caso in cui siano utilizzati
getti d’aria forzati, ad una temperatura di 65°C il processo dura intorno ai 30 minuti. Questi tempi possono
variare significativamente, indicazioni più precise saranno riportate sulla scheda del prodotto specifico. Non
dovrebbero essere applicate a temperature minori di 10-16 °C, in questi casi potrà essere opportuno
riscaldare l’ambiente artificialmente o modificare la formulazione. Gli agenti polimerizzanti possono andare
incontro a reazioni collaterali con alcuni tipi di solventi e plastificanti, ciò impedisce loro di reagire con la
resina epossidica, la selezione dei solventi deve essere quindi accurata.
I contenuti di COV in queste vernici ad alto solido sono limitati (dal 16 – 42%). In alcune formulazioni anticorrosione sono presenti cromati. Le vernici epossidiche amminiche polifunzionali, diversamente dalle
poliammidiche, possono causare gravi dermatiti a contatto con la pelle per questo sono necessarie severe
precauzioni. In particolare le ammine che non hanno reagito, oltre a dermatiti sulla pelle, possono causare
infiammazioni alle vie respiratorie se inalate.
Vernici bicomponenti uretaniche
Le vernici poliuretaniche offrono un’eccellente durevolezza e resistenza agli agenti atmosferici, ai solventi,
all’acqua, ad altre sostanze chimiche e all’abrasione. In particolare sono tra le migliori vernici per quanto
riguarda la resistenza chimica e ai solventi.
Formano inoltre un film di buono spessore, durezza e flessibilità e sono disponibili in un’ampia varietà di
colori, tessitura e gradi di lucentezza. Solitamente necessitano di un fondo (in particolare sono sovente
utilizzati quelli epossidici) che ne migliori l’adesività. Resistono allo sfarinamento e proteggono dai raggi UV e
dagli agenti atmosferici.
Possono essere applicate ad una grande varietà di substrati, tra cui quelli sensibili al calore. Non solo quindi
acciaio e alluminio ma anche plastiche, legno, compositi e altri materiali. Grazie alle caratteristiche di
durevolezza e resistenza sono molto utilizzate nell’industria dei trasporti per il trattamento di parti di
automobili, camion, bus, aerei. Topcoat poliuretanici sono spesso utilizzati su fondi inorganici a base di zinco
e su strati intermedi epossidici per formare film resistenti all’abrasione e agli impatti, ai solventi e al calore
fungendo inoltre come vernici anti-graffiti. Non sono invece consigliate per oggetti immersi o a prolungato o
frequente contatto con l’acqua.
È importante mantenere il substrato libero da gocce di acqua pena la formazione di imperfezioni.
Grazie alla relativamente bassa viscosità possono essere applicate attraverso sistemi spray ad atomizzazione
airless, ad aria compressa, mista, HVLP o elettrostatica con una difficoltà solo di poco maggiore rispetto ad
altre vernici liquide; non sono invece appropriate le tecniche ad immersione o ad aspersione. Come succede
per molte vernici ad alto solido può essere difficile formare un film di spessore uniforme su parti dalla
geometria complessa. Con questo tipo di vernici sono possibili ritocchi.
I tempi necessari possono dipendere da molti fattori: la temperatura, la velocità di evaporazione del
solvente, lo spessore del film umido, la natura dei pigmenti, il grado di miscelazione dei due componenti.
L’umidità presente nel luogo di applicazione o presente nella formulazione può causare alcuni problemi come
bolle, piccoli alveoli, formazione di un velo opaco e riduzione della lucentezza. Sarà quindi opportuno
mantenere i livelli di contaminazione di acqua nella vernice a livelli più bassi possibili (di solito 1 – 2%).
Esistono comunque additivi in grado di ridurre o eliminare il problema.
Queste vernici sono composte da un polimero e da un agente polimerizzante (poliisocianato). Dopo la
miscelazione, che avviene in un rapporto ben preciso, inizia il processo di polimerizzazione. La vernice deve
essere applicata a questo punto entro 4 ore pena l’inutilizzabilità della vernice stessa, il tempo di impiego
della vernice in seguito a miscelazione varia da formulazione a formulazione.
Il processo di polimerizzazione può avvenire in un ampio intervallo di temperature da quella ambiente alle
alte temperature raggiunte nei forni. Comunemente avviene però grazie all’azione di getti di aria forzata o in
forni a temperature tra 66-88°C per 15 – 60 minuti. Il processo di polimerizzazione continua anche per due
settimane dopo l’applicazione.
Diversamente dalle vernici epossidiche e dai lattici possono essere usate a temperature inferiori allo zero.
La concentrazione di COV presente in queste vernici è alquanto bassa attestandosi comunemente intorno al
35%; esistono inoltre formulazioni in cui la presenza di solventi si attesta al 25%.
Come per altre vernici ad alto solido anche in questo caso sono utilizzati chetoni, esteri o alcol per ridurre la
viscosità, ciò però aumenta notevolmente la diffusione di odori.
Gli isocianati che non hanno reagito possono creare problemi respiratori se inalati per lunghi periodi. Sono
necessarie quindi precauzioni atte ad evitare contatto e l’inalazione di tali sostanze soprattutto in
considerazione del fatto che una piccola parte della popolazione ne è sensibile. Sono state comunque
introdotte formulazioni in cui l’isocianato è assente, le prestazioni rimangono pressoché identiche.
42
Vernici alchidiche (ad essiccamento in forno)
Diversamente dalle vernici alchidiche polimerizzate a temperatura ambiente o con getti d’aria forzata queste
vernici sono caratterizzate da eccellenti proprietà chimico – fisiche tra le quali ricordiamo un’eccellente
resistenza a solventi e altre sostanze chimiche, una buona resistenza ai raggi UV, durezza, buona lucentezza
e resistenza all’ammaccamento. Sono presenti in una larga gamma di colori e gradi di lucentezza. In
generale godono delle stesse proprietà delle vernici alchidiche a base acquosa a essiccamento in forno.
Gli smalti poliesteri ad alto solido offrono un’eccellente durezza, una buona resistenza agli attacchi chimici e,
applicati in un unico strato, un buon grado di copertura.
Gli smalti a base di urea-formaldeide sono caratterizzati da una buona ritenzione del colore, un eccellente
colore iniziale e resistenza al calore, all’acqua, al sapone e agli acidi grassi.
Rispetto a questi ultimi gli smalti a base di melammina-formaldeide sono più duri, hanno una più elevata
resistenza agli agenti chimici e induriscono più velocemente.
Poiché questo tipo di vernici necessita di cottura in forno i materiali trattati non devono essere sensibili alle
alte temperature.
Le vernici alchiliche ad essiccamento in forno sono comunemente utilizzate per scaffalature e rastrelliere in
acciaio, attrezzatura e mobilio d’ufficio metallico e grandi apparecchiature.
Un pregio degli smalti alchidici è che sono relativamente poco sensibili a condizioni di applicazione non
ottimali; a causa dell’elevata viscosità alcune formulazioni necessitano però di riscaldamento prima di essere
applicate, in altri casi può essere necessario utilizzare uno speciale equipaggiamento spray; l’applicazione
con atomizzazione HVLP dovrebbe essere valutata prima di venir implementata. Possono essere utilizzate in
linee ad alta velocità, gli smalti poliesteri ad alto solido sono applicati per esempio anche attraverso campane
o dischi elettrostatici.
Infine alcune formulazioni possono imbrattare muri, pavimenti e la cabina di verniciatura formando a
temperatura ambiente un film viscoso.
In questo tipo di vernici la polimerizzazione è innescata dalla temperatura. Tipicamente il trattamento
avviene a temperature di 110 – 176 °C per 45 – 50 minuti.
A causa delle elevate temperature richieste il consumo energetico è significativo.
Vernici poliuretaniche bicomponenti
Le vernici poliuretaniche bicomponenti hanno proprietà fisiche fuori dell’ordinario. Sono disponibili in
un’ampia gamma di livelli di lucentezza, resistenti alla maggior parte degli oli lubrificanti, da taglio e fluidi
idraulici. Il film che si ottiene dalla loro applicazione è caratterizzato da una buona durezza e adesività, è
resistente agli ammaccamenti, agli agenti chimici e alla formazione di macchie.
Queste vernici possono essere utilizzate per un’ampia gamma di substrati: superfici metalliche e plastiche
(possono essere quindi applicate a manufatti metallici con particolari in altri materiali). Sono applicate ad
attrezzatura agricola ed altri macchinari.
Solventi ossigenati come esteri e chetoni sono utilizzati per lo sviluppo di vernici ad alto solido
poliuretaniche bicomponenti per ridurne la viscosità. Per l’applicazione possono essere usati i più comuni
sistemi di applicazione.
La polimerizzazione avviene sia a temperatura ambiente che con l’ausilio di getti forzati d’aria.
Come altre vernici ad alto solido sono caratterizzate da minori concentrazioni di COV. Sono caratterizzate da
una bassissima produzione di odori diversamente dalle vernici che fanno uso dei solventi aromatici come lo
xilene. In alcune vernici poliuretaniche bicomponenti può essere presente isocianato, sarà opportuno evitare
o comunque minimizzare l’utilizzo di tali vernici.
Vernici siliconiche
Le resine siliconiche hanno una eccellente resistenza agli agenti atmosferici, sono caratterizzate da una
buona ritenzione del colore e della lucentezza e sono meno inclini a sfarinamento rispetto ad altre vernici.
Godono inoltre di ottime qualità isolanti (elettricità) ma sono caratterizzate da una bassa durezza e
resistenza all’abrasione. Le migliori caratteristiche si ritrovano nelle resine siliconiche in cui sono presenti
gruppi metilici e fenolici.
La formulazione può essere modificata per migliorare diverse caratteristiche, per esempio una elevata
proporzione di gruppi metilici dona alla vernice: repellenza all’acqua, resistenza chimica, agli shock termici, al
calore e all’ossidazione, velocità di polimerizzazione, proprietà a basse temperature e flessibilità. I gruppi
fenolici allungano la durata a magazzino e migliorano la resistenza a calore e ossidazione, rendono la vernice
inoltre meno termoplastica.
43
I siliconi sono tipicamente applicati ai metalli. I co-polimeri organici siliconici sono utilizzati laddove è
richiesta un’eccellente resistenza chimica e agli agenti atmosferici, come serbatoi per lo stoccaggio, vagoni
merci, ponti e carri cisterna.
Il livello di pulizia delle superfici deve essere molto elevato per garantire una buona adesività dato che le
vernici siliconiche sono più sensibili ad un insufficiente preparazione del substrato rispetto ad altre vernici.
Le vernici siliconiche resistenti al calore intenso per polimerizzare necessitano di temperature intorno ai
260°C, a temperatura ambiente invece o alle tipiche temperature dei forni possono essere induriti i
copolimeri siliconici organici (siliconici-alchidici, siliconici-acrilici, siliconici-fenolici, siliconici-melamminici). Per
quanto riguarda le vernici resistenti alle alte temperature è da sottolineare il fatto che, se non
completamente polimerizzate, il substrato può andare incontro a corrosione.
Nel caso delle vernici resistenti al calore il consumo energetico necessario per la loro polimerizzazione può
essere elevato.
Tecnica: Vernici in polvere
Le vernici in polvere sono prodotti organici sottoforma di polvere; diversamente dalle vernici liquide nella
singola particella è compresa l’intera formulazione che comprende resine, pigmenti e altri additivi mentre
non sono presenti solventi. Esistono altresì vernici in polvere che, impastate con acqua, formano una vernice
liquida che può essere spruzzata. Questo è il sistema più economico e facile per la sostituzione di sistemi a
base acquosa che inoltre mantiene tutti i vantaggi ambientali delle vernici a polvere secche.
Le vernici in polvere, diversamente da quelle liquide, vengono normalmente applicate in un solo strato che
provvede ad una migliore protezione dei bordi e gode di proprietà fisiche superiori quali prima di tutte
un’estrema durezza e resistenza.
In relazione al tipo di resina costituente, la vernice può avere caratteristiche di resistenza chimica ai solventi,
alla luce del sole e tutte le altre proprietà chimiche tipiche delle vernici a cui sono richieste alte performance.
Sono inoltre resistenti al calore, alla scoloritura e alle scalfitture. Sono disponibili in un discreto range di
colori, luminosità e tessiture nonché di livelli di lucentezza. Le nuove formulazioni permettono effetti
altamente decorativi tra cui la translucentezza, venature, effetto raggrinzante, colori multipli, ed effetto
camaleonte. Generalmente è difficoltoso applicare film molto sottili se non con speciali formulazioni.
I difetti che si incontrano più frequentemente con le vernici in polvere sono la formazione di alveoli, crateri,
granuli e protuberanze. Generalmente tali difetti sono causati da un pretrattamento insufficiente del
substrato, incompatibilità della polvere, emissioni volatili dal substrato, polvere in cattivo stato, contaminanti
della superficie o presenti nell’aria. I difetti di annebbiamento nelle vernici non colorate possono essere
causate da un trattamento termico insufficiente o eccessivo, contaminazione della vernice, instabilità della
formulazione nei confronti dei raggi UV, non corretta aspirazione dei fumi di scarico dal forno, formulazione
impropria. È invece molto raro imbattersi in difetti quali colate, insaccature e gocciolamenti. La
contaminazione dell’aria, con le vernici in polvere, è un problema facilmente risolvibile, è infatti possibile,
poiché non vi sono solventi, ricircolare e filtrare l’aria nella cabina di applicazione. È importante che la
polvere non sia contaminata da altri colori che, una volta seccati sulla superficie, rimarrebbero visibili.
Lo strato di vernice in polvere aderisce bene al substrato non dando problemi di sfaldamento, scheggiatura,
o spellatura come succede per le vernici liquide. Grazie a queste proprietà le parti, dopo essere state
verniciate con questi prodotti possono essere lavorate a macchina.
Quasi tutte le resine utilizzate per le vernici liquide possono essere utilizzate anche per quelle in polvere; in
genere, comunque, le resine più utilizzate sono quelle epossidiche, acriliche, poliestere e poliuretaniche. Tali
resine si suddividono in termoplastiche (fluidificano quando è applicato calore) e termoindurenti
(polimerizzano quando è applicato sufficiente calore). Generalmente le vernici termoindurenti sono utilizzate
per fini decorativi.
Le resine più comuni delle polveri termoplastiche sono:
• polietilene;
• polipropilene;
• nylon;
• polivinilcloruro;
• polivinilidenfloruro;
• poliammidi;
• poliesteri termoplastici.
44
Questi polimeri sono caratterizzati da un elevato peso molecolare, da notevole spessore, flessibilità e
resistenza chimica. Difficilmente le polveri termoplastiche sono macinate in particelle fini e mostrano
un’elevata viscosità quando scaldate. Sono utilizzate quando necessitano film spessi e dalle eccezionali
performance di resistenza.
Le polveri termoindurenti sono invece costituite perlopiù da:
• resine epossidiche;
• resine poliestere;
• resine acriliche presenti come epossi-poliestere, poliestere TGIC, acrilico-uretaniche, poliestereuretaniche ed epossidiche.
Poiché necessitano di calore per formare il film, le vernici in polvere in generale non sono adatte per il
trattamento di substrati sensibili alle alte temperature. Sono utilizzate perlopiù per il trattamento di metalli,
oltre al mercato dell’automobile; sono diffuse anche nel settore della produzione di attrezzature industriali.
Ultimamente le formulazioni che polimerizzano a bassa temperatura sono state migliorate e ciò consente una
loro diffusione di impiego anche per la verniciatura di substrati sensibili (come possono essere oggetti
metallici compositi formati anche da parti in materiale plastico).
Sono ideali per parti metalliche dalla geometria semplice in cui ogni superficie sia concretamente
raggiungibile. Nell’industria delle costruzioni sono utilizzate per le parti estruse in alluminio
dell’equipaggiamento interno ed esterno dei condizionatori, per porte e finestre in alluminio, per lo
schermaggio di finestre, etc.
Le vernici in polvere, in virtù della loro resistenza alle alte temperature, sono inoltre particolarmente indicate
per il trattamento di riscaldatori, sistemi di scarico e grill di forni.
Questo tipo di vernice non è consigliabile nei seguenti casi: laddove sono richiesti spessori del film molto
sottili; per brevi cicli di trattamento che necessitano più colori; per tutti i metalli che per lunga esposizione ad
alte temperature perdono importanti caratteristiche metallurgiche; per materiali porosi nei quali il
degassamento può rovinare la finitura; per parti di dimensioni elevate per le quali diventa non conveniente
un trattamento in forno (servirebbero apparecchiature troppo costose ed energivore).
Per ciò che concerne il pretrattamento dei pezzi le vernici in polvere sono comunemente altamente coesive e
idrofobiche. L’adesività del film verniciante dipende comunque dal grado di pulizia del substrato (in
particolare esse non aderiscono bene su vernici vecchie, fondi e ruggine). Oltre che pulito, il substrato dovrà
inoltre essere assolutamente secco in modo da garantire il miglior risultato. Sono pertanto necessari
opportuni step di pretrattamento finalizzati ad aumentare l’adesività delle vernici e la resistenza alla
corrosione del pezzo verniciato.
Il pretrattamento è di norma simile a quello tipico per le vernici liquide, anche se grazie al maggiore
spessore del film della vernice in polvere, può essere meno intenso. Tra i diversi tipi di pretrattamento
possibili ricordiamo lo stripping chimico e/o l’utilizzo di mezzi abrasivi (la sabbia non è consigliata in quanto
lascia la superficie ruvida). Altri metodi possono essere l’immersione e i sistemi spray multipli.
La pulizia spray o con il vapore è spesso utilizzata per pezzi di elevate dimensioni. La pulizia con vapore è
inoltre tra le soluzioni più economiche di pretrattamento utilizzati per queste vernici.
Prima dell’applicazione è necessario raffreddare il pezzo se il pretrattamento ne ha causato il riscaldamento;
la temperatura ideale è tra i 52-54°C. Il degassamento da parti calde può infatti generare la formazione di
alveoli che, a loro volta, possono contribuire ad una maggiore sensibilità del substrato alla formazione di
ruggine, inoltre ad alte temperature si può avere la fusione o la sinterizzazione della polvere con conseguenti
cambiamenti di natura estetica e di performance.
In generale le vernici in polvere richiedono meno abilità nell’applicazione rispetto alle vernici liquide, possono
essere applicate con letti fluidizzati, semplici o elettrostatici, spray a fiamma, vellutazione, stampaggio, e
spray elettrostatico (sia con pistola a corona che triboelettrica).
Nei sistemi a letto fluido i pezzi sono scaldati a temperature anche maggiori di 260°C e vengono poi immersi
in una sorta di vasca dove la vernice fonde a contatto con la superficie con un’efficienza di trasferimento
intorno al 100%.
Con le vernici in polvere eventuali problemi di messa a terra non corretta che possono riguardare le
applicazioni elettrostatiche possono produrre difetti quali: minima efficienza di trasferimento; formazione di
archi elettrici tra la pistola e il pezzo o l’uncino che lo trattiene; prematura repulsione della polvere dal pezzo
e formazione di aree “nude” difficili da verniciare. Tale problema è solitamente causato dalla contaminazione
degli uncini che trattengono il pezzo e può essere quindi facilmente evitata attraverso pulizia e/o sostituzione
degli stessi.
In fase di applicazione le vernici in polvere non necessitano di né aggiustamenti della viscosità attraverso
diluizione né di agitazione e miscelazione e, una volta estratte dalla confezione, sono utilizzabili
direttamente.
45
La polimerizzazione delle vernici in polvere può essere effettuata in forni a infrarosso, a raggi UV e a
convenzione (spesso sono utilizzate in serie più tipologie di forno). Il pezzo ricoperto di polvere di vernice è
riscaldato comunemente ad una temperatura di 120-260°C per un tempo variabile da 30 secondi a 5 minuti.
Maggiore è la temperatura, minore sarà il tempo di trattamento necessario; una volta raffreddati i pezzi sono
pronti per le manipolazioni successive.
I maggiori problemi legati alla polimerizzazione sono legati ad una scorretta regolazione della temperatura
del forno e un diverso spessore del metallo. Insieme allo spessore del film il grado di polimerizzazione è il
parametro più importante per le vernici in polvere, dato che da esso dipende la resistenza del pezzo agli
attacchi esterni. Alcune vernici in polvere polimerizzate da raggi UV sono sottoposte a riscaldamenti moderati
(fino a 110°C) e possono essere pertanto utilizzate per la verniciatura di supporti sensibili (quali oggetti
metallici con componenti eterogenei in alluminio e plastica). Sebbene la polimerizzazione sia innescata dai
raggi UV la polvere necessita di calore per fondere, tipicamente quindi si applica prima l’infrarosso che
permette di raggiungere la temperatura ottimale, poi i raggi UV che innescano la reazione.
In generale i vantaggi della polimerizzazione a bassa temperatura sono diversi quali: maggiore versatilità di
impiego su una più larga varietà di substrati, riduzione del consumo di energia, minori necessità di
equipaggiamento, accresciute capacità di produzione.
Per ciò che concerne l’impatto ambientale questi prodotti possono essere considerati in assoluto i meno
inquinanti: non solo, infatti, sono caratterizzate da concentrazioni di COV pressoché nulle (0,5 – 5% in
massa) ma anche l’overspray è del tutto riutilizzabile e ciò porta l’efficienza di utilizzazione di queste vernici
a valori prossimi al 100% e riduce nel contempo la produzione di rifiuti. L’emissioni non controllate di COV
sono ridotte del 98% rispetto ai sistemi che utilizzano vernici liquide (il piccolo rilascio di COV è imputabile
alla volatilizzazione di alcuni componenti della vernice in fase di polimerizzazione ad alta temperatura).
È da notare che all’utilizzo di vernici in polvere è collegato, in alcuni casi, l’emissione di sostanze nocive tra le
quali ricordiamo l’anidride trimellitica sensibilizzante, irritante e con effetti specifici sulla salute
(immunotossicità), e il trigligidilisocianato (TGIC) sospetto di mutagenicità. Per questo motivo è importante
dotare comunque il sistema sia nel luogo di applicazione che di polimerizzazione di un efficiente sistema di
aspirazione. Per quanto riguarda quest’ultimo aspetto sarà opportuno evitare di immettere all’interno l’aria
aspirata dalla zona di applicazione anche se filtrata.
Il consumo energetico può essere invece rilevante in quanto le vernici in polvere devono essere riscaldate in
forno; a tutt’oggi comunque è resa possibile (in alcuni casi) la polimerizzazione a bassa temperatura (80 –
110°C) che permette di risparmiare energia. Il calore prodotto in fase di polimerizzazione può essere
eventualmente riutilizzato per il riscaldamento dei luoghi di lavoro.
La mancanza di solventi riduce in modo pressoché totale il rischio di incendi; le polveri sospese in aria sono
però esplosive ed è per questo necessario prendere tutte le dovute precauzioni in particolare in presenza di
pistole automatiche. La maggiore causa di innesco sono infatti gli archi elettrici causati da un messa a terra
che non funziona correttamente.
In relazione agli aspetti che riguardano la salute degli addetti si sottolinea che, a causa della presenza di
alcune sostanze irritanti o nocive, nel caso in cui avvenga il contatto tra le polveri e la pelle dell’operatore
sarà opportuno lavare la zona interessata prontamente.
Le vernici in polvere tendono ad essere più costose di quelle a base acquosa almeno per quanto riguarda i
costi di investimento iniziali per la tecnologia.
Vernici acriliche
Le vernici in polvere acriliche godono di un’eccellente resistenza agli agenti chimici, alla corrosione, ai
detergenti e allo scolorimento. I film prodotti sono molto duri, resistenti alle scalfitture e posseggono un alto
grado di levigatezza, lucentezza e brillantezza; offrono inoltre le migliori performance di durevolezza
all’aperto e posseggono una ritenzione di colore e lucentezza molto buona.
Sono incompatibili con ogni altro tipo di vernice in polvere, ciò significa che nessun altra vernice può essere
applicata a contatto con essa. Come eccezione ricordiamo che vernici acriliche a bassa lucentezza possono
essere compatibili con alcune vernici poliestere.
Rispetto alle vernici poliestere in polvere quelle acriliche mostrano una minor resistenza agli impatti e minore
adesività a superfici non trattate, mostrano invece una buona resistenza agli alcali.
Tipiche applicazioni includono la verniciatura dei componenti metallici per la stanza da bagno (vasca,
rubinetteria, scaldabagno, etc.), gli apparecchi per l’illuminazione esterna, i cerchioni in alluminio, fondi e
finiture per gli autoveicoli, estrusioni in alluminio per gli edifici, attrezzature e macchinari vari, letti in bronzo,
mobilio da ufficio, etc.
46
Lo spray di polveri acriliche mostra ottime proprietà elettrostatiche e permette di formare film sottili. A causa
della capacità di caricarsi queste polveri possono bloccare la pistola durante l’applicazione. La cottura in
forno si attua ad una temperatura che varia da 204°C a 135°C rispettivamente per 10 e 30 minuti.
Dall’analisi della componente volatile emessa durante la polimerizzazione è emerso che le concentrazioni di
COV (costituiti da monomeri e solventi) per le vernici acriliche si attesta intorno al 3,5% a differenza di altri
tipi di polveri (vernici poliestere) per le quali il rilascio si attesta, grazie alla maggiore stabilità termica delle
resine presenti in queste ultime vernici, sotto l’1%.
Vernici epossidiche in polvere
Sono le vernici in polvere più utilizzate e sono presenti in un’ampia gamma di formulazioni. Offrono la
migliore resistenza chimica, alla corrosione e alla scheggiatura e possono essere formulate per una elevata
resistenza al calore (possono resistere a continua esposizione a 150°C). Come le vernici epossidiche liquide
sono piuttosto sensibili alla radiazione UV che provoca sfarinamento, ma non hanno una buona ritenzione
del colore e della lucentezza. In diversi casi il loro uso non necessita che venga steso un fondo.
I film degli ibridi acrilici-epossidici sono più duri e hanno una resistenza chimica e allo scolorimento superiore
e una maggiore durevolezza in ambiente esterno rispetto agli ibridi epossidici-poliesteri.
Generalmente vengono applicate a metalli e sono utilizzate sia per applicazioni di tipo funzionale
(equipaggiamento elettrico, tubazioni per gas e idrocarburi, parti di autoveicoli sottoscocca, filtri dell’olio,
travi, etc.) che decorativo.
I fondi epossidici mostrano una buona adesività a superfici di acciaio inossidabile propriamente pretrattato
(su cui il fondo viene applicato per prevenire la formazione di ruggine).
La vita a magazzino per queste vernici è approssimativamente di 3 mesi a 30°C.
A seconda delle specifiche necessità queste vernici possono essere applicate per formare film spessi o fini.
Il trattamento in forno generalmente varia dai 3 minuti a 232°C a 25 minuti a 121°C. Ultimamente sono
state sviluppate formulazioni in grado di polimerizzare a temperature intorno ai 110°C in 15-25 minuti in
forni convenzionali. L’utilizzo di forni a raggi infrarossi riduce il tempo necessario alla polimerizzazione di 5-8
minuti.
Vernici ibride epossidiche-poliestere in polvere
Questi ibridi epossi-poliesteri sono utilizzati prevalentemente per scopi decorativi. Rispetto alle vernici
puramente epossidiche hanno una maggiore resistenza agli agenti atmosferici e allo sfarinamento ma sono
meno dure e meno resistenti a solventi e alcali, per quanto riguarda la resistenza all’impatto, alla corrosione
e alla piegatura le performance sono invece simili. Hanno una resistenza ai raggi UV simile a quella delle
vernici poliestere.
Oltre alla buona resistenza chimica godono di ottime proprietà meccaniche e di un’elevata ritenzione del
colore e della lucentezza; la durevolezza è maggiore rispetto alle vernici puramente epossidiche.
Nuove formulazioni offrono una maggiore durevolezza all’aperto diversamente da quanto succedeva in
passato, questa nuova generazione offre inoltre altre interessanti caratteristiche quali:
• eccellente riproducibilità della lucentezza;
• eccellente resistenza alla brunitura;
• eccellente resistenza all’aperto e mantenimento delle proprietà meccaniche;
• minore temperatura di polimerizzazione;
• compatibilità con le altre vernici in polvere;
• significativa riduzione della velocità di cambiamento del colore.
Sono utilizzate sui metalli ai quali legano bene (possono non necessitare di un fondo) e sono consigliati
anche per le superfici più nascoste e gli angoli acuminati. Per quanto riguarda le specifiche applicazioni,
quelle relative alle polveri ibride epossidiche-poliestere sono molto simili a quelle tipiche delle vernici
epossidiche soprattutto se sono richieste stabilità al calore e resistenza agli agenti atmosferici: tra questi
ricordiamo attrezzature agricole, scaldabagno, filtri dell’olio, estintori, attrezzature ospedaliere, casellari,
corsoi di cassetti, scaffalature, etc.
Sono caratterizzate da eccellenti caratteristiche di tipo elettrostatico che ben si adattano agli omonimi sistemi
di applicazione, grazie a tali proprietà non solo permettono alta efficienza di trasferimento ma, come
ricordato in precedenza, sono consigliate per il trattamento di superfici nascoste ed angoli.
Una caratteristica di queste vernici è che hanno una resistenza all’ingiallimento dovuto ad una eccessiva
cottura elevata.
47
Vernici a base di nylon
Queste vernici hanno resistenza chimica e ai solventi e formano film di buono spessore con un’eccellente
resistenza all’abrasione, all’impatto e al logorio. Il film ha una buona levigatura, uniformità di spessore, e un
basso coefficiente di frizione quando applicato ad un fondo opportuno. Resistono più di altre vernici a
polvere termoplastiche ad alte temperature.
Legano saldamente alla maggior parte delle superfici metalliche e a molte superfici non metalliche quando
applicate sopra un fondo. Le applicazioni più tipiche per questo tipo di vernice sono gli uncini su cui sono
appese le carcasse di animali, cestini e cremagliere per l’affumicatura della carne, cestini per le macchine
sgrassatrici, rulli per lo stampaggio, apparecchiatura per l’illuminazione, carrelli per la spesa, attrezzature
ospedaliere, pali, cardini delle porte, ingranaggi in aerei e navi.
Vernici poliestere
Due sono i gruppi più importanti di vernici in polvere poliestere: TGIC (trigligidilisocianurato) e uretanichepoliestere. In questo paragrafo verrà descritto il secondo gruppo in quanto il TGIC è risultato mutageno negli
animali ed è sospettato di mutagenicità e cancerogenicità nell’uomo e sarebbe dunque opportuno evitare
l’utilizzo delle vernici di tale gruppo.
Le vernici uretaniche-poliestere sono caratterizzate da un’eccellente flessibilità, durevolezza, resistenza ai
raggi UV e agli agenti atmosferici, formano inoltre film sottili e levigati in tutti i livelli di lucentezza.
Ultimamente si è aggiunto un altro gruppo ai primi due, quello dei poliesteri amidi.
Esistono formulazioni particolari che donano al film una durevolezza e una superiore resistenza agli agenti
atmosferici e alla corrosione, una buona resistenza a scalfitture e ammaccamenti.
Le vernici ibride poliestere-silicone sono utilizzate per ottenere colori e lucentezza desiderate, mentre le
vernici PVDF (polivinilidenfloruro) sono in grado di massimizzare la ritenzione di colore e lucentezza e la
resistenza allo sfarinamento.
Alcune vernici poliestere sono compatibili con vernici acriliche a bassa lucentezza.
Le più comuni applicazioni per le vernici uretaniche poliestere sono le apparecchiature per l’illuminazione
fluorescente, ruote in acciaio e alluminio, ferro ornamentale, ruote e cerchioni cromati, cabine dei
condizionatori d’aria, incastellature per componenti elettrici, cappe di cucine, attrezzatura per il giardinaggio,
e rifiniture esterne per autoveicoli.
Lo spessore ottimale per le vernici poliestere uretaniche è di 0,025-0,076 mm, film di maggiore spessore
determinano superfici velate e degassamento. Il trattamento di polimerizzazione varia da 10 minuti a 204°C
a 30 minuti a 149°C.
Dall’analisi della componente volatile emessa durante la polimerizzazione è emerso che le concentrazioni di
COV (costituiti da monomeri e solventi) per le vernici poliestere si attesta, grazie alla maggiore stabilità
termica delle resine presenti in queste ultime vernici, sotto l’1%.
Nelle vernici poliestere uretaniche si possono avere emissioni di caprolattame (in passato questa sostanza
era considerata pericolosa mentre ad oggi non è classificata come tale).
Vernici polipropileniche in polvere
Producono un film di buono spessore resistente a reagenti chimici e solventi, sale, acqua, detergenti e molti
acidi e basi. Non sono invece molto resistenti agli agenti fortemente ossidanti.
Caratterizzate da una grana abbastanza grossa, sono utilizzate per formare film di spessore maggiore di 0,25
mm. Sono utilizzate per scaffalature di freezer, tubazioni per il trasporto di sostanze chimiche, incamiciature
di serbatoi e cilindri, cremagliere, etc.
Comunemente sono applicate attraverso letto fluidizzato. Non aderiscono molto bene ai metalli a meno che
non sia presente un fondo.
Vernici in polvere PVC
Formano film caratterizzati da buona levigatezza, lucentezza e resilienza; hanno inoltre una buona resistenza
chimica, elettrica e all’impatto. Di buono spessore, estremamente durevoli all’aperto mostrano anche
resistenza allo strisciamento. Flessibilità e diversi livelli di durezza sono contributo di agenti plasticizzanti
presenti nella formulazione.
Le tipiche applicazioni per le vernici in polvere PVC riguardano i cestini delle lavastoviglie, la parte esterna
delle batterie, rastrelliere di freezer, attrezzature per parchi giochi, condotti, protezioni di ventole, griglie di
condizionatori, tosaerba, raccoglitori avvolgicavi, pali per recinzioni, scaffalature, catene.
48
Gli agenti plasticizzanti presenti nella formulazione sono responsabili della presenza di COV nelle emissioni, il
quantitativo raramente eccede però l’1% della massa per la maggior parte delle formulazioni.
Vernici in polvere UV
Questo tipo di vernice combina i vantaggi delle vernici in polvere con quelli delle vernici UV. Come le vernici
in polvere tradizionali possono essere applicate in un solo strato. E’ possibile applicare film abbastanza sottili
considerando che si tratta di una vernice in polvere. Come le vernici UV liquide, anche le vernici in polvere
UV sono caratterizzate da una notevole produttività ottenuta grazie all’estrema velocità del processo di
polimerizzazione; ciò permette inoltre una significativa riduzione degli spazi necessari allo stoccaggio dei
pezzi in attesa della maturazione del film verniciante. All’elevata produttività del processo si aggiunge la
riduzione dei quantitativi di vernice richiesta per produrre un film secco di pari spessore.
Le resine più comunemente utilizzate per queste vernici sono gli acrilati multifunzionali (MFMs), oligomeri
acrilati o monomeri monofunzionali. Per quanto riguarda le caratteristiche delle resine più utilizzate per la
formulazione di queste vernici è possibile rifarsi alla tabella riportata al paragrafo relativo alle vernici EBC.
Hanno un’ottima durevolezza e resistono all’attacco chimico, all’umidità e sono termicamente stabili.
Permettono un’ottima adesione a molti substrati e sono caratterizzate da formulazioni flessibili grazie alle
quali è possibile modulare proprietà quali viscosità, durezza, resistenza all’abrasione e ai solventi, flessibilità,
lucentezza e colore. Ogni linea di applicazione è specifica per prodotto e substrato da trattare, la variazione
di uno dei due necessita di cambiamenti del sistema.
Le prime applicazioni di queste vernici sono stati i motori elettrici e i radiatori degli autoveicoli. Attualmente i
settori che più utilizzano questo tipo di vernice, in campo metalmeccanico, è quello automobilistico; se ne fa
anche grande utilizzo per il trattamento di materiali sensibili alle alte temperature (plastica, compositi, etc.).
In generale, perché l’applicazione di tali vernici a metalli sia ottimale e il processo conveniente, è necessario
che la geometria dei pezzi sia semplice; diversamente è comunque possibile far uso di sistemi tridimensionali
di lampade che permettano una eguale irradiazione su ogni superficie del pezzo.
Queste vernici possono essere stoccate per diversi mesi a temperature di 30°C.
Le tecniche di applicazione delle vernici UV dipendono da molti fattori quali la formulazione della vernice, la
tipologia di pezzo da trattare e la velocità di verniciatura desiderata. Normalmente queste vernici sono
applicate attraverso pistole spray a corona.
Riparazioni e ritocchi, a causa della durevolezza della vernice, non sono facili.
Spesso la pulizia dell’equipaggiamento non è necessaria in quanto la vernice non polimerizza se non in
presenza di raggi UV.
In queste vernici avviene una buona fluidificazione già a temperature relativamente basse (100 – 140°C),
successivamente l’energia legata alla radiazione UV è assorbita da un fotoiniziatore che avvia, attraverso una
serie di meccanismi, il processo di polimerizzazione.
Spessori elevati possono non permettere alla radiazione UV di penetrare, non consentendo quindi un
indurimento dello strato verniciante uniforme e completo. Maggiore è lo spessore del film e il grado di
pigmentazione, maggiore è il tempo necessario per indurire.
La maggior parte dei pigmenti gialli assorbono la radiazione alla stessa lunghezza d’onda di diversi
fotoiniziatori causando diversi problemi al processo di polimerizzazione.
I tempi di polimerizzazione sono dell’ordine dei secondi. L’intensità energetica decresce all’aumentare della
distanza dalla sorgente di radiazione UV.
Come altre vernici in polvere sono caratterizzate da concentrazioni di COV pressoché nulle (0,5 – 5% in
massa), inoltre la polimerizzazione tramite raggi UV non richiede alte temperature (limitando quindi anche i
rilasci prodotti dalla degradazione delle resine).
L’overspray è riutilizzabile e ciò consente di raggiungere valori di efficienza di utilizzazione pressoché al
100% e di ridurre la produzione di rifiuti.
Rispetto ad altre vernici in polvere il consumo energetico per la fase di polimerizzazione è minore per la
bassa temperatura necessaria alla fase di fluidificazione.
È da notare che, poiché le resine presenti in queste vernici sono caratterizzate da un maggiore peso
molecolare rispetto a quelle presenti nelle vernici UV liquide, risultano meno irritanti e sensibilizzanti per
pelle e occhi.
49
Tecnica: Altre vernici
Plastisol
I plastisol vinilici sono dispersioni di fini particelle di PVC in liquidi plastificanti che combinano la facilità di
applicazione di un liquido con lo spessore, la flessibilità, la resistenza chimica e all’abrasione tipica del vinile.
Queste vernici sono disponibili in una gamma praticamente illimitata di colori ed è possibile ottenere
un’ampia gamma di livelli di durezza. I plastisol hanno una buona resistenza agli alcali e agli acidi mentre
può essere considerata moderata la resistenza ad oli, gas e alla maggior parte dei solventi.
Diverse sono le sostanze che possono essere aggiunte per migliorare alcune proprietà o ovviare ad alcuni
difetti dei plastisol. Gli agenti plastificanti permettono di influenzare sia alcuni parametri di processo
(temperatura di fusione, viscosità, gelificazione) che alcune proprietà finali del film, mentre gli stabilizzatori
di luce e raggi UV migliorano la resistenza agli agenti atmosferici. I fondi devono essere utilizzati per
assicurare una buona adesione alle superfici metalliche. Altri additivi che vengono utilizzati sono gli
stabilizzatori del calore e i pigmenti colorati.
Carbonato di calcio, silicati ed altre sostanze possono essere aggiunte alla formulazione per ridurre il costo
della materia prima.
I plastisol sono applicati tramite lame applicatrici, efficienti per plastisol ad alta viscosità, ed applicatori a
rullo, che permettono elevate velocità di applicazione.
La temperatura di gelificazione dei plastisol è compresa tra 60 e 93 °C mentre quella di fusione si attesta
tipicamente tra 138 – 204 °C. Ad alte temperature gli agenti plastificanti reagendo con le resine permettono
sia raggiunta una completa omogeneizzazione della massa.
Un eccessivo calore può causare la rottura del plastisol, tipicamente il fenomeno inizia con una variazione di
colore o con ingiallimento. Un ulteriore riscaldamento causa l’annerimento del vinile e contemporaneamente
l’emissione di acido cloridrico.
Si tratta di vernici solide al 100% per le quali non è fatto uso di solventi, le emissioni di COV sono quindi
molto limitate o nulle. Nel caso in cui il calore sia eccessivo il vinile può rilasciare acido cloridrico sotto forma
di gas, è necessario prendere le dovute cautele affinché tale eventualità non si verifichi (mediante controllo
della temperatura).
Fanghi in polvere acquosi
Sono polveri disperse e stabilizzate in acqua che possono essere applicate con gli equipaggiamenti
tradizionali per le vernici liquide. Quali strati di finitura, le vernici trasparenti, devono soddisfare requisiti
particolarmente elevati, assicurare valida protezione dagli agenti atmosferici, come raggi UV, umidità e
temperatura, dagli agenti chimici presenti nell'ambiente e dalla benzina nonché da deterioramenti meccanici
come graffiature. I vantaggi ambientali di queste vernici trasparenti sono quelli di non produrre acque di
scarico ed emissioni di COV. A questo si aggiunge che possono essere applicate su strati precedenti (primer
e basecoat) ancora bagnati permettendo dunque di saltare processi intermedi di essiccazione in forno con
conseguenti significativi risparmi di energia.
Vernici autoforetiche
Alcune vernici organiche possono essere depositate su superfici metalliche attraverso un processo di
precipitazione ossido-riduttivo conosciuto col nome di autodeposizione o fenomeno chemioforetico o
autoforetico. Il film verniciante formato è caratterizzato da una certa opacità ed è primariamente nero.
Un importante vantaggio di queste vernici è la totale copertura delle parti immerse nel bagno di vernice. I
film hanno uno spessore estremamente uniforme e variabile comunemente tra 13 – 30 micron e offrono una
elevatissima resistenza alla corrosione. Le resine utilizzate hanno eccellenti proprietà di durezza, plasticità e
adesione.
Il processo di autodeposizione avviene esclusivamente su metalli ferrosi. La vernice autoforetica è utilizzata
in prevalenza nel trattamento di alcune parti in automobili e camion che proteggono grazie alle eccellenti
proprietà di anticorrosione. Rimpiazza la zincatura nel trattamento di scorrimenti di cassetti nel mobilio da
ufficio.
50
La pulizia del substrato è molto importante in quanto il processo tende ad essere intollerante ai
contaminanti, poiché alcuni ioni possono destabilizzare la vernice staccandola dal substrato. Per evitare
questo fenomeno e mantenere un alto grado di efficienza di trasferimento sarà necessario rimuovere gli ioni
metallici.
Le soluzioni utilizzate per la pulizia sono riscaldate (questa è l’unica fase del processo che non avviene a
temperatura ambiente).
Con l’eccezione della fase di immersione l’intero processo è molto simile ai normali processi di verniciatura,
passare da un sistema tradizionale ad uno di autodeposizione è quindi relativamente semplice.
Non sono necessari solventi organici per il processo autoforetico, di conseguenza le emissioni di COV sono
molto limitate se non nulle. Questa tecnica ha inoltre una resa elevatissima (circa 98%), le perdite sono
dovute alla vernice che rimane all’interno dei serbatoi o a casi accidentali.
Per quanto riguarda la sicurezza dei lavoratori è da sottolineare che, con questo processo di verniciatura,
non sussiste pericolo di incendio.
Vernici a elettrodeposizione
Le caratteristiche principali di queste vernici sono l’eccellente resistenza alla corrosione, all’attacco chimico e
ai fluidi; il film formato per elettrodeposizione gode di un’eccellente durezza e una buona flessibilità, di
un’ottima adesività e di un eccellente aspetto esteriore. Le vernici per elettrodeposizione sono disponibili in
un ampio numero di colori e sono caratterizzate da una lucentezza elevatissima che permette loro di essere
utilizzate per la finitura degli autoveicoli.
Le resine più utilizzate sono gli epossidi e gli acrilati; sono però anche disponibili prodotti alchidici, resine
epossiuretaniche e altre resine ibride.
Nella tabella di seguito sono riassunte alcune caratteristiche delle vernici per elettrodeposizione in relazione
ad altri tipologie di prodotti vernicianti.
Fattore
Uniformità del film
Efficienza di applicazione
Grado di copertura delle
cavità e aree poco esposte
Spessore del film (mm)
Grado di copertura
Resistenza a gocciolatura e
colatura
Facilità di cambiamento di
colore
Problemi
legati
alla
contaminazione
A base
acquosa
Discreto
Discreto
Discreto
Discreto
A base
solvente
Discreto
Discreto
Discreto
Discreto
Discreto
Povero
Eccellente
0,01-0,038
Buono
0,1524-0,508
Molto buono
0,101-0,038
Molto buono
0,355-1,524
Molto buono
0,1016-0,508
Eccellente
Buono
Buono
Buono
Eccellente
Eccellente
Buono
Eccellente
Buono
Moderato
Povero
Basso
Discreto
Basso
Alto
Lieve
Ad alto solido
In polvere
Elettrodeposizione
Buono
Eccellente
Eccellente
Eccellente
Queste vernici possono essere applicate ad acciaio, acciaio galvanizzato, alluminio e altri materiali con
caratteristiche di alta conducibilità tra i quali, ad esempio, il magnesio sempre più utilizzato nel settore
elettronico.
Le vernici elettrodepositate sono utilizzate come fondi per dare resistenza alla corrosione e per formare la
base per un topcoat (non è necessaria la smerigliatura). I fondi più comuni sono quelli epossidici, alchidici e
poliesteri.
Nell’industria automobilistica le applicazioni di queste vernici includono l’intelaiatura di camion e automobili.
Altre applicazioni ancora comprendono i pianali dei camion, impianti di raffreddamento dell’acqua, forni a
microonde, compressori, parti di forni, condizionatori d’aria, refrigeratori, dispositivi per l’illuminazione,
circuiti stampati, blocchi motori, tamburi essiccanti, macchine lavatrici, scaffalature, incastellature delle
trasmissioni, ruote, etc.
Il film verniciante ottenuto attraverso elettrodeposizione anodica è caratterizzato da eccellenti qualità
cromatiche e da ottimo controllo della lucentezza. Normalmente è utilizzato per oggetti la cui destinazione è
in ambienti interni e solo moderatamente in quelli esterni. Le vernici per l’elettrodeposizione catodica invece
sono caratterizzate da una elevatissima resistenza alla corrosione e permettono quindi una durevolezza
all’esterno non comune.
Le resine catodiche più utilizzate sono quelle epossidiche, impiegate per componenti di automobili,
attrezzatura, trasformatori e come fondi in diverse applicazioni industriali. Le vernici epossidiche anodiche
51
sono utilizzate per attrezzature agricole e non, diffusori, acciaio strutturale e parti di automobili, anche se
ultimamente queste ultime sono trattate preferibilmente con vernici epossidiche catodiche.
Le vernici catodiche acriliche sono invece comunemente utilizzate per attrezzature agricole, per attrezzi da
giardinaggio, condizionatori d’aria, ventilatori, forni, recinzioni elettriche e altri utensili. Le vernici acriliche
anodiche sono infine tipicamente utilizzate per pannelli di controllo elettrico, compressori, diffusori d’aria,
portautensili, attrezzatura per officine meccaniche, dispositivi in serie e reti divisorie in filo metallico.
Le vernici elettrodepositate per indurire devono essere sottoposte a trattamento termico a temperature di
135 – 191°C per 15-30 minuti. Il miglioramento di questi prodotti ha permesso di ottenere vernici che
necessitano di temperature sempre minori, in grado quindi di ridurre i consumi energetici e la contrazione
del film.
Questi prodotti sono quasi totalmente privi di sostanze organiche pericolose e/o volatili (2-6%) e metalli
pesanti. Per quanto riguarda la sicurezza è da sottolineare la bassa o perfino assente tossicità di queste
vernici e la bassissima infiammabilità. Per quanto riguarda in particolare i COV è da sottolineare che da
alcune resine che compongono questa tipologia di vernici si può sviluppare glicoetere come prodotto delle
reazioni chimiche che avvengono nel forno. Si tratta comunque di emissioni alquanto limitate.
Non sono necessarie protezioni particolari per gli operatori.
Vernici EBC
Le vernici EBC (Electron Beam Cured) sono liquidi, non contenenti solventi, che applicati ad un substrato
solidificano in pochi secondi quando esposte ad un fascio di elettroni (raggi beta) che fornisce l’energia
sufficiente alla formazione di legami incrociati di reticolazione delle resine. Il fascio elettronico è generato da
un filamento riscaldato elettricamente chiamato anche catodo.
Lo spessore del film che si ottiene con questo tipo di verniciatura è limitato poiché film di maggiore spessore
difficilmente sono induriti in breve tempo. Diversamente dalle vernici UV, quelle polimerizzanti con raggi di
elettroni non sono influenzate dal colore; grazie al potere di penetrazione dei raggi beta è possibile formare
film fortemente pigmentati di spessore maggiore ad un 0,025 mm.
Le resine più comunemente utilizzate per queste vernici sono gli acrilati multifunzionali (MFMs), gli oligomeri
acrilati o i monomeri monofunzionali.
Di seguito sono sintetizzate alcune caratteristiche delle principali resine presenti sia nelle vernici EBC che UV.
Resina
Poliesteri
Uretanica
•
•
•
•
•
•
•
•
Epossidica
•
•
•
•
Vantaggi
Bassa viscosità
Costo modesto
Spessore elevato
Flessibilità
Resistenza all’abrasione
Eccellente resistenza agli
agenti atmosferici (alifatici)
Complessivamente possiede
le migliori qualità
Processo
di
indurimento
veloce
Buona resistenza agli attacchi
chimici
Durezza
Buona adesività ai metalli
Basso costo
•
•
Svantaggi
Basso grado di indurimento
Lieve ingiallimento
•
•
Costo massimo
Ingiallimento (aromatici)
•
Ingiallimento
Mostrano un’eccellente adesività con la maggior parte dei substrati, per alcuni di essi invece necessitano
particolari trattamenti atti a migliorarla.
Questo tipo di vernice, non necessitando di calore per l’evaporazione del solvente o per la formazione di
legami incrociati, e, non essendoci che una limitatissima produzione di calore dovuta al bombardamento
elettronico durante il processo, può essere applicato a materiali sensibili alle alte temperature; di fatto è
utilizzato oltre che per metalli anche per materiali termosensibili e oggetti compositi.
Le tecniche di applicazione delle vernici EBC sono quelle spray, di rullatura e di colatura.
Nella vernice è presente un catalizzatore o fotoiniziatore che rimane inattivo fino a quando non entra in
contatto con i raggi beta. La formazione dei legami avviene in frazioni di secondo, per questo motivo,
comunemente, la camera nella quale sono posti i pezzi trattati e nella quale avviene l’indurimento del film
52
verniciante è di minori dimensioni e quindi necessita di minor spazio rispetto alle camere o ai forni per
l’essiccamento utilizzati per altri tipi di vernice. Ogni linea è specifica per tipo di vernice e substrato.
Sono commercialmente disponibili varie tipologie di lampade per la produzione dei raggi di elettroni: a
filamento ad alto e a basso voltaggio, a scansione e proiettore con lampada incorporata.
Le emissioni di COV sono nulle o comunque molto limitate.
I consumi energetici, necessari al funzionamento del sistema, sono minori rispetto a quelli che si hanno nelle
camere o nei forni di essiccamento, indirettamente quindi anche la produzione di CO2 legata al consumo
energetico è minore.
L’overspray è recuperabile e la vernice stabile (non indurisce se non a contatto con i raggi beta), ciò
permette di ridurre i consumi di materia prima e la produzione di rifiuti.
Per quanto riguarda la sicurezza è importante ricordare che i raggi beta sono pericolosi per l’uomo, per
questo è necessario che la camera entro la quale sono applicati alle superfici verniciate sia isolata
dall’esterno. All’interno di questa camera è presente un gas inerte (di solito azoto) in quanto l’ossigeno può
interferire con il processo e determinare la formazione di ozono.
Sia le vernici EBC che quelle UV (descritte di seguito) sono caratterizzate da alcuni vantaggi economici legati
alla loro capacità di ridurre in modo significativo il tempo necessario al trattamento, ovverosia di aumentare
il grado di produttività della linea di verniciatura. Una vernice nitrocellulosica, per esempio, tipicamente
necessita di 6 ore e 40 minuti per essere applicata e perché il film sia indurito. Di questo tempo più di 5 ore
sono necessarie per seccare lo strato verniciante. Lo stesso processo necessita, per le vernici UV e EBC, di
pochi secondi. Per lo stesso motivo anche la necessità di spazio è molto ridotta (minore del 50 – 75%)
poiché non vi sono installazioni di ingombranti sistemi di essiccamento.
All’elevata produttività del processo si aggiunge la riduzione dei quantitativi di vernice richiesta per produrre
un film secco di pari spessore.
I costi capitali per l’istallazione di un impianto di tal genere e comprendenti nuovo equipaggiamento,
modifiche al sistema elettrico, addestramento del personale, possono essere significativi.
Vernici UV
Le vernici UV sono liquidi, non contenenti solventi, che applicati ad un substrato solidificano in pochi secondi
quando esposte ad un fascio di raggi UV che fornisce l’energia sufficiente alla formazione di legami incrociati
di reticolazione: il sistema di funzionamento è lo stesso che per le vernici EBC precedentemente descritte
però varia la sorgente energetica (raggi ultravioletti anziché fasci di elettroni).
Le vernici UV sono durevoli e resistono all’umidità, a sostanze chimiche e alla luce del sole. Alcune vernici
possono fornire una insufficiente lucentezza e la scelta del colore può essere limitata (es. alcuni pigmenti
gialli tendono a interferire con il processo di polimerizzazione). Viscosità, durezza, resistenza all’abrasione e
ai solventi, adesività, flessibilità, lucentezza e colore rappresentano però tutti parametri che possono essere
migliorati attraverso accorgimenti della formulazione.
Le resine più comunemente utilizzate per queste vernici sono gli acrilati multifunzionali (MFMs), oligomeri
acrilati o monomeri monofunzionali. Per quanto riguarda le resine più comunemente usate è possibile rifarsi
alla tabella presentata nel paragrafo attinente alle vernici EBC.
Sulla maggior parte dei substrati queste vernici hanno una eccellente adesività, migliore rispetto alle vernici
solide su substrati non assorbenti. Le vernici trasparenti UV mostrano un’eccellente resistenza agli agenti
atmosferici, all’attacco chimico, agli impatti e all’abrasione.
Questo tipo di vernice, non necessitando di calore per l’evaporazione del solvente o per la formazione di
legami incrociati, può essere applicato a materiali sensibili alle alte temperature; di fatto è utilizzato oltre che
per metalli anche per materiali termosensibili e oggetti compositi. Sarà comunque opportuno, poiché le
lampade producono calore, fare attenzione a che substrati particolarmente sensibili non siano surriscaldati.
Tra gli oggetti tridimensionali verniciati con questi prodotti si annoverano mobili, lattine per bevande,
portarossetto, mazze da golf.
Per il settore automobilistico sono presenti vernici UV antigraffio con caratteristiche di resistenza
all’abrasione superiori a quelle delle convenzionali vernici acriliche o bicomponenti uretaniche.
Le tecniche di applicazione delle vernici UV dipendono da molti fattori quali la formulazione della vernice, la
tipologia di pezzo da trattare e la velocità di verniciatura desiderata. Le tecniche più comuni sono comunque
quelle spray, di rullatura e colatura.
La viscosità è un elemento importante per quanto riguarda in particolare la tecnica di applicazione, per poter
essere spruzzata infatti una vernice deve possedere un basso grado di viscosità che in alcune vernici UV è
ottenuta attraverso l’aggiunta di monomeri, acqua o solventi organici (fino ad una concentrazione del 30 –
70%).
In alcune applicazioni è utilizzata anche la tecnica di verniciatura sotto vuoto che, grazie alle caratteristiche
di bassa viscosità, permette alte velocità di processo.
53
La vernice deve essere protetta dalla luce per la presenza di una radiazione naturale ultravioletta al fine di
evitare un prematuro indurimento.
Il processo di polimerizzazione consta di due fasi: nella prima l’energia legata alla radiazione UV è assorbita
da un foto inibitore che dà avvio, attraverso una serie di meccanismi, alla generazione di radicali liberi;
questi attaccano i doppi legami delle resine iniziando il processo di polimerizzazione facilitato anche dal
calore generato dalla lampada.
Il grado di opacità può essere un problema per queste vernici, se infatti i raggi UV non penetrano,
l’indurimento del film può non essere completo. inoltre, maggiore è lo spessore e l’opacità del film maggiore
sarà il tempo necessario all’indurimento del film.
La sorgente di radiazione UV è costituita normalmente da una lampada al mercurio; altre sorgenti possono
essere lampade allo xenon e laser. Il numero e la posizione delle lampade da impiegare per il trattamento
della vernice dipendono dalla velocità della linea e dalla geometria dei pezzi da trattare. Oggetti dalla
geometria complessa necessitano di una attenta configurazione delle lampade perché la polimerizzazione sia
uniforme.
Per quanto riguarda le vernici UV a base acquosa l’umidità relativa, la temperatura e il tasso di ricambio
dell’aria possono influenzare la durata del processo di indurimento, in generale, a causa dell’elevato calore
latente di evaporazione dell’acqua, possono necessitare di più tempo o maggiore intensità energetica.
I due più comuni tipi di lampade, che emettono in un intervallo di frequenza tra 200 e 450 nm, sono la
lampada ad arco e quella a microonde.
Le vernici UV sono disponibili come liquidi a bassa viscosità essendo costituiti prevalentemente da resine a
basso peso molecolare come poliuretani, resine acriliche, siliconi e altri polimeri. A meno che non siano
combinati con solventi per diminuirne la viscosità non contengono inquinanti dell’aria pericolosi e COV.
Inoltre i consumi energetici, necessari al funzionamento del sistema, sono minori rispetto a quelli che si
hanno nelle camere o nei forni di essiccamento, indirettamente quindi anche la produzione di CO2 è minore.
L’overspray è recuperabile (l’efficienza di trasferimento può raggiungere il 100%) e la vernice stabile (non
indurisce se non a contatto con i raggi UV), ciò permette di ridurre i consumi di materia prima e la
produzione di rifiuti. Anche la velocità con la quale è possibile l’avviamento e il fermo del processo riduce la
generazione di rifiuti.
Le lampade UV portano alla formazione di ozono che è difficilmente individuabile in quanto incolore e
pressoché inodore. Poiché si tratta di un gas nocivo per la salute umana normalmente il sistema è fornito di
un apparecchio in grado di aspirarlo e rilasciarlo al di fuori dell’ambiente di lavoro. Le radiazioni ultraviolette
sono molto dannose se a contatto con la pelle o gli occhi degli operatori per questo motivo la camera in cui
opera la lampada UV è isolata dall’esterno.
Infine a causa del basso peso molecolare delle resine presenti nella vernice, quest’ultima risulta irritante e
sensibilizzante a contatto con la cute. Per chi lavora a contatto con tali vernici è quindi raccomandato un
vestiario protettivo e un respiratore nel caso si venga a contatto con gli spray e i vapori, il sistema dovrà
comunque essere progettato al fine di minimizzare tale esposizione.
Sia le vernici UV che quelle EBC (descritte precedentemente) sono caratterizzate da alcuni vantaggi
economici legati alla loro capacità di ridurre in modo significativo il tempo necessario al trattamento,
ovverosia di aumentare il grado di produttività della linea di verniciatura.
Tecnica: Tecniche di Verniciatura
Atomizzazione Convenzionale
L’atomizzazione ad aria compressa è una delle più comuni tecniche di verniciatura a spruzzo, da un punto di
vista ambientale però la bassa efficienza di trasferimento non ne rende particolarmente auspicabile l’utilizzo.
Per il suo diffuso utilizzo, giustificato dalle indubbie caratteristiche di versatilità e alle elevate performance
che è in grado di ottenere, viene di seguito descritta come tecnica tradizionale mettendone in risalto limiti e
pregi e proponendo alcuni accorgimenti atti a ridurre gli impatti ambientali generati.
Il prodotto verniciante, attraverso sifone o alimentatore a pressione, è sospinto alla pistola e, fuoriuscendo
dall’ugello, è investito da un flusso di aria compressa che avvolge il fluido e lo atomizza trasferendogli
energia cinetica. Ulteriori getti di aria compressa affinano ulteriormente il grado di atomizzazione dando al
getto una forma ellittica.
54
Questo tipo di applicazione può avvenire sia manualmente che attraverso robot. Quest’ultima scelta è
preferita quando è necessario verniciare grandi volumi di pezzi identici.
Benché questa tecnica di atomizzazione sia la più datata, essa è in grado di fornire prestazioni in termini di
versatilità e controllabilità del processo di primo ordine. È possibile infatti variare sia il grado di
atomizzazione che le caratteristiche dell’applicazione (movimento, distanza, etc.). Ciò permette ad un
addetto esperto, senza cambiare la pistola o l’ugello, di passare dalla verniciatura di ampie superfici a quella
di particolari con risultati finali che sono tra i migliori. Rispetto poi alle altre tecniche di verniciatura a spruzzo
è in grado di utilizzare la più ampia gamma di prodotti vernicianti.
L’efficienza di trasferimento di questa tecnica varia dal 30 – 70% ma che in alcune condizioni (prime fra
tutte l’inesperienza dell’operatore) può essere minore al 20%, ciò si ripercuote fortemente sul consumo di
sostanze pericolose (vernice e solventi), che risulta quindi superiore di quello necessario, e sulla produzione
di rifiuti pericolosi quali l’overspray e i materiali e le sostanze utilizzate per la pulizia.
Alcuni accorgimenti possono ridurre la produzione di overspray e migliorare così l’efficienza di trasferimento
del prodotto verniciante al pezzo da trattare:
‰
evitare un’eccessiva pressione dello spruzzo;
‰
muovere la pistola a velocità uniforme;
‰
mantenere la pistola perpendicolarmente alla superficie dell’oggetto da trattare;
‰
sganciare il grilletto all’inizio e alla fine di ogni passaggio;
‰
mantenere sempre una distanza di 15 – 20 cm dall’oggetto da trattare, maggiore è la
distanza infatti tanto più l’efficienza di trasferimento diminuisce;
‰
mantenere una sovrapposizione del 50% tra gli strati successivi;
‰
la grandezza dello spruzzo dovrebbe essere equiparabile come dimensioni al pezzo da
verniciare.
La forte richiesta di aria compressa si ripercuote sui consumi energetici.
Per quanto riguarda la sicurezza degli operatori si fa notare che saranno necessari dispositivi di protezione
personale che prevengano l’inalazione di overspray, solventi e altri gas nocivi. Possono essere inoltre
necessari dispositivi di protezione dell’udito qualora i requisiti relativi alla protezione acustica degli operatori
lo richiedano.
Atomizzazione Airless
In questa tecnica è la pressione idraulica a pompare la vernice attraverso l’orifizio dell’ugello attraverso il
quale viene atomizzata e, grazie all’elevata pressione variabile tra un minimo di 30 e un massimo di 300
atmosfere circa (normalmente si attesta tra 100 e 140 atm), acquista una velocità sufficiente per
raggiungere l’obiettivo. Dalla dimensione e dalla forma dell’orifizio dipende il grado di atomizzazione e la
forma e dimensione dello spruzzo. Esistono due tipologie di sistemi airless, in uno il prodotto è pompato
direttamente dal contenitore della vernice alla pistola, nel secondo la vernice è veicolata ad un sistema
circolante collegato alla pistola. Un filtro è solitamente allocato su questa conduttura o sulla pistola.
È il sistema spray più veloce tanto da essere vantaggiosamente utilizzato in linee di verniciatura molto veloci
o laddove le superfici da verniciare sono estese. È per esempio utilizzato per la verniciatura di edifici, ponti,
barche, larghi pannelli elettrici di controllo. L’efficienza di trasferimento è elevata rispetto ai convenzionali
sistemi spray in quanto si ha meno dispersione ed è ridotto anche l’overspray. L’efficienza può però essere
bassa se i pezzi da verniciare sono di ridotte dimensioni. Lo spray inoltre è in grado di penetrare in recessi e
cavità senza che le particelle di vernice rimbalzino. Per questo motivo la manutenzione della cabina di
verniciatura è ridotta.
L’assenza di aria di soffiaggio semplifica le operazioni in quanto, venendo a mancare il flessibile dell’aria
compressa, la pistola risulta più leggera e manovrabile. Fluidi troppo viscosi per i sistemi spray ad aria come
poliestere ad alto solido o poliuretano possono essere spruzzati con questa tecnologia.
Il grado di atomizzazione raggiungibile è d’altra parte inferiore rispetto a quello che è possibile ottenere con i
convenzionali sistemi ad aria compressa, non è quindi adatto per rifiniture di alta qualità (es. finitura della
carrozzeria delle automobili), in particolare è difficile raggiungere elevati standard di finitura nella
verniciatura di piccoli oggetti a causa dell’elevata pressione del getto che spesso devia i pezzi sospesi sul
convogliatore. Le limitate dimensioni poi del foro dell’ugello non permettono di spruzzare se non materiale
molto fine.
Rispetto alle tecniche ad aria compressa non permette all’operatore la stessa flessibilità nella regolazione dei
parametri dello spray. La forma del getto per esempio non è regolabile, nel caso si presenti quindi tale
esigenza sarà necessario cambiare l’ugello.
La pistola deve essere sempre o accesa o spenta, non c’è possibilità di stand-by per questo motivo se il
movimento della pistola è troppo lento ciò potrebbe causare colatura o gocciolatura.
55
Un altro limite di questa tecnologia si può presentare allorquando si utilizzino pressioni molto elevate e nel
fluido siano presenti elevate concentrazioni di pigmenti dagli effetti abrasivi: in questo caso infatti il foro
dell’ugello viene lentamente ma costantemente allargato accrescendo il flusso di vernice che fuoriesce e
variando le caratteristiche dello spruzzo.
Infine c’è da notare che questo sistema deve essere costantemente visionato e manutenuto soprattutto per
le elevate pressioni utilizzate, è inoltre importante che oggetti estranei non ostruiscano l’ugello bloccando il
sistema.
L’atomizzazione airless è caratterizzata da una migliore efficienza di trasferimento del prodotto verniciante
rispetto ai tradizionali sistemi ad aria compressa ed è quindi preferibile da un punto di vista ambientale. La
minore produzione di overspray riduce le necessità di pulizia della cabina di verniciatura riducendo parimenti
il consumo di solventi e altri materiali per la pulizia e la generazione di rifiuti: valgono comunque gli stessi
accorgimenti atti a ridurre l’overspray presentati nella sezione dedicata all’atomizzazione convenzionale ad
aria compressa.
Per quanto riguarda la sicurezza degli operatori si fa notare che saranno necessari dispositivi di protezione
personale che prevengano l’inalazione di overspray, solventi e altri gas nocivi. Possono essere inoltre
necessari dispositivi di protezione dell’udito qualora i requisiti relativi alla protezione acustica degli operatori
lo richiedano.
È inoltre molto importante che il getto di vernice, ad alta pressione, non venga a contatto con la cute
dell’operatore. L’iniezione di vernice nella pelle può infatti causare gravi problemi.
Atomizzazione Mista
Il sistema di atomizzazione mista combina le migliori caratteristiche dei sistemi convenzionali e di quelli
airless. Il prodotto verniciante viene atomizzato durante il passaggio attraverso un ugello simile a quelli
presenti nei sistemi airless, getti d’aria compressa che fuoriescono dall’ugello permettono poi di forzare e
comprimere il getto.
La forma dello spruzzo è simile a quella tipica dei sistemi ad aria compressa convenzionali. L’applicazione
può essere manuale o, nel caso si trattino grandi volumi di pezzi identici, può essere affidata a robot.
Questa tecnica permette all’operatore un migliore controllo sull’applicazione rispetto a quello che può fornire
il sistema airless ma minore rispetto a quello HVLP. È comunque necessario uno specifico addestramento del
personale in quanto vi sono più variabili da controllare e spesso si tende a usare flussi di vernice e pressioni
eccessive rispetto al necessario. Con l’atomizzazione mista è possibile applicare fluidi di diversa viscosità, il
risultato della finitura è morbido e di buona qualità anche se non raggiunge i livelli dei sistemi convenzionali
ad aria compressa. Il grado di atomizzazione nella parte superiore e inferiore dello spruzzo è modesto.
L’utilizzo è molto vario, questa tecnica può essere utilizzata sia in linee ad alta che a bassa velocità per la
verniciatura di oggetti di medie e grandi dimensioni. Spesso comunque la qualità della finitura, anche di
piccoli oggetti, è superiore alle aspettative. L’efficienza di trasferimento è superiore del 30% rispetto ai
sistemi convenzionali ad aria compressa rispetto ai quali però è generalmente più lenta; rispetto
all’atomizzazione HVLP invece permette velocità di produzione più elevate essendo in grado di spruzzare un
quantitativo di vernice doppio. È possibile l’applicazione di fluidi a diverse viscosità. Lo spray è in grado di
raggiungere recessi e cavità senza le particelle di vernice rimbalzino eccessivamente. Questa ultime due
caratteristiche congiuntamente contribuiscono ad una pulizia più veloce e ad una minore manutenzione della
cabina. Nell’atomizzazione mista è minore il consumo di aria compressa rispetto ai sistemi convenzionali e,
per le minori pressioni del fluido necessarie, minore la velocità di logorio del foro dell’ugello e la necessità di
mantenimento della pompa. Come nel sistema airless c’è il rischio che materiale grossolano occluda l’ugello e
blocchi il sistema.
Per quanto riguarda gli aspetti ambientali, relativi soprattutto al consumo di sostanze pericolose (vernici) e
alla generazione di rifiuti, essi risultano legati in particolar modo al grado di efficienza di trasferimento (e
conseguente produzione di overspray) che nell’atomizzazione mista è maggiore rispetto ai sistemi
convenzionali ad aria compressa.
Atomizzazione HVLP (High Volume – Low Pressure)
Le pistole HVLP operano imprimendo a grandi volumi d’aria pressioni alquanto limitate. Pressioni maggiori
incrementano l’overspray riducendo l’efficienza di trasferimento rispetto ad altre tecniche quali
l’atomizzazione ad aria compressa convenzionale, quella airless, mista, elettrostatica. Esistono due diverse
tipologie di sistemi HVLP, in una l’aria compressa è fornita da un compressore, nell’altra da una turbina.
Queste ultime generano volumi di aria molto elevati utilizzando solo un terzo dell’energia necessaria ad una
compressore, la pressione prodotta non è d’altra parte normalmente superiore a 0,5 – 0,7 atm.
È stato da poco sviluppato uno strumento di mira al laser che può essere utilizzato per migliorare la
copertura e la consistenza del film di vernice. Lo strumento è collegato alla pistola ed è diretto verso la
56
superficie del metallo. Un raggio laser appare se la pistola è puntata ad una distanza e con un’angolazione
ottimale, ne appaiono invece due in caso contrario. L’utilizzo di questo strumento permette di incrementare
l’efficienza di trasferimento in media del 13% e ridurre i consumi di prodotto del 29%.
L’applicazione può avvenire sia manualmente che automaticamente attraverso l’ausilio di robot.
L’atomizzazione HVLP è caratterizzata da un’alta efficienza di trasferimento (dal 65 al 75%), maggiore in
alcuni casi a quella ottenibile da sistemi elettrostatici, che permette di ridurre il consumo di materiale, la
frequenza delle manutenzioni e della pulizia della cabina di verniciatura e la produzione di rifiuti pericolosi. Il
rimpiazzo di un sistema HVLP in sostituzione di uno convenzionale ad aria compressa non richiede variazioni
dell’equipaggiamento.
Lo spray prodotto dalle pistole HVLP è morbido e leggero, e viene usato spesso nelle rifiniture, è inoltre in
grado di raggiungere recessi e cavità senza produrre rimbalzo del prodotto grazie alla bassa pressione. Per
questo è utilizzata per la verniciatura di oggetti di piccole, medie e grandi dimensioni. Il grado di
atomizzazione può però non essere altrettanto elevato rispetto al convenzionale sistema ad aria compressa.
Per ottenere una buona qualità di rifinitura in alcune applicazioni può essere necessario una riformulazione
del prodotto verniciante o un’addizionale lucidatura. L’utilizzo di una pistola HVLP necessita di abilità da parte
dell’operatore.
Il sistema HVLP può risultare lento per alcune linee ad alta velocità e incrementare il flusso per accrescerne
la velocità può ridurre la qualità della finitura.
L’aria compressa può essere fornita da un compressore o da una turbina.
L’elevata efficienza di questo tipo di atomizzazione ne fa una delle tecniche di verniciatura a più basso
impatto ambientale. Grazie ad un miglioramento sostanziale dell’efficienza di trasferimento sono infatti
ridotte significativamente le emissioni atmosferiche, il consumo di sostanze pericolose e la produzione di
rifiuti pericolosi. Minori quantitativi di overspray riducono la necessità di pulizia riducendo quindi anche
l’utilizzo di sostanze (solventi) e materiali a tale scopo utilizzati e quindi anche le emissioni di COV e altri
inquinanti atmosferici pericolosi. L’accumulo di polvere di vernice è limitato ed è minore la sostituzione dei
filtri e del rivestimento interno della cabina di verniciatura. Valgono gli stessi accorgimenti per la riduzione
dell’overspray presentati per i sistemi convenzionali ad aria compressa.
La minore pressione riduce il rimbalzo della vernice sull’oggetto limitando così l’esposizione dell’operatore.
Possono essere necessari dispositivi atti a prevenire inalazione di overspray e vapori nonché a proteggere
l’apparato uditivo qualora i livelli di rumore lo richiedano.
Atomizzazione alla fiamma
L’atomizzazione a fiamma permette la deposizione di fini particelle metalliche o non, in uno stato fuso o
semifuso, su una superficie. Il prodotto verniciante può essere sotto forma di polvere, fili o aghi. Il materiale
è fatto fluire, in modo controllato, alla pistola che riscaldandolo lo riduce allo stato fluido o semifluido. Non è
necessario stendere un fondo.
L’aria compressa applica quindi alle particelle di vernice una velocità di 10 – 20 metri al secondo, all’impatto
con la superficie da trattare le particelle si appiattiscono prendendo la forma del substrato (il diametro delle
particelle appiattite varia da 10 – 100 micron). Il gas utilizzato per espellere a velocità il materiale è aria o
ossigeno, il riscaldamento può avvenire a gas (acetilene, propilene, propano, idrogeno) o ad elettricità.
L’adesione delle particelle dipende, oltre che dal prodotto verniciante, anche dalla temperatura e dalla
velocità nonché dal grado di pulizia e dalla temperatura del substrato.
Una volta raffreddato lo strato coprente il pezzo è pronto e può essere raffreddato a sua volta mediante un
processo di tempra.
Questa tecnica viene comunemente applicata per il trattamento di superfici che necessitano di strati coprenti
resistenti all’usura, alla corrosione e isolanti; questi strati hanno inoltre un’alta resistenza chimica, agli
impatti e all’abrasione.
È compatibile con la maggior parte dei substrati, il campo di applicazione è alquanto vario dall’industria
aeronautica, alla produzione di protesi biomediche, a quella di serbatoi, navi, pompe, attrezzature agricole,
ecc.
Gli strati coprenti applicati possono essere di natura metallica, ceramica o termoplastica su substrati metallici
e non. Le vernici termoplastiche in polvere utilizzate con questa tecnica sono poliestere, polipropilene,
polivinile, polietilene, poliammide, politetrafluoroetilene, ecc.
Possono essere combinate con un secondo polimero, con un metallo o con ceramica, queste miscele sono
anche utilizzate come adesivi.
Le vernici termoplastiche applicate con questo sistema possono presentare, anche se in modo leggero, il
fenomeno della buccia d’arancia; non danno luogo però a sgocciolature, colate o zone non completamente
essiccate.
57
I prodotti di natura metallica e ceramica sono normalmente applicati in più strati mentre le vernici
termoplastiche in uno solo.
Bordi e angoli sono generalmente coperti bene, piccole aree non verniciate in modo corretto possono
eventualmente essere “aggiustate” scaldando il pezzo per rifondere il polimero; aree più estese possono
essere ritrattate. Bassa temperatura ambientale ed elevata umidità non costituiscono un problema.
Il processo di spruzzo è veloce anche se non tanto quanto le tecniche a spruzzo tradizionali (il rapporto è di
1:8).
Da un punto di vista ambientale il grande vantaggio di questo tipo di tecnica di applicazione è che, facendo
uso di vernici in polvere, le emissioni di solventi dal prodotto verniciante solido sono nulle. Tra gli aspetti
negativi ricordiamo che la fusione del prodotto necessita di un significativo consumo di gas combustibile o di
energia elettrica.
Per quanto riguarda la sicurezza, oltre agli accorgimenti necessari a prevenire l’inalazione delle polveri e gas
prodotti dal riscaldamento, è necessario che anche gli occhi dell’operatore siano protetti. Si fa inoltre notare
che l’utilizzo e lo stoccaggio dei gas combustibili utilizzati per la fusione può essere fonte di rischio
significativo.
Atomizzazione elettrostatica a pistola
Nell’applicazione elettrostatica la conduttività del prodotto verniciante è un fattore importante, deve infatti
permettere al prodotto stesso di caricarsi negativamente nel passaggio presso l’elettrodo ma non deve
essere troppo elevata per evitare che la carica acquistata venga subito e facilmente ceduta a terra attraverso
il sistema di applicazione. Vernici troppo conduttrici possono essere modificate per evitare che la carica
elettrostatica scarichi a terra.
Affinché l’applicazione sia efficiente l’oggetto da trattare deve essere conduttore di elettricità per essere
messo a terra (a potenziale zero) facilmente. Il pezzo da verniciare deve essere caratterizzato da sufficiente
umidità per condurre al meglio, per questo è comunemente necessario un pretrattamento con acqua o una
soluzione sensibilizzante. La tecnica elettrostatica è sensibile all’umidità dell’aria in quanto quest’ultima
accresce il flusso elettronico.
L’efficienza di trasferimento attribuita a questa tecnica è elevata essendo compresa tra 65 e 95%.
L’attrazione elettrica è infatti così forte che le particelle cariche che normalmente passerebbero oltre al pezzo
di verniciare vengono attratte e si depositano su di esso anche nelle parti retrostanti. Inoltre le cariche sono
più fortemente attratte da bordi e spigoli che vengono quindi completamente ricoperti. Via via lo spessore
della vernice sul pezzo aumenta viene a formarsi uno strato isolante che riduce la differenza di potenziale. Le
particelle di vernice si dirigono quindi laddove tale differenza è minore cioè dove lo strato è più sottile. Ciò
permette di ottenere strati più spessi e uniformi. Per questo motivo la velocità del flusso di aria compressa
può essere ridotta abbattendo così significativamente i costi per la compressione dell’aria e riducendo le
emissioni atmosferiche.
Lo spray elettrostatico è progettato primariamente per l’utilizzo in officina, non per operazioni all’aperto; non
è quindi generalmente utilizzato, come altri sistemi spray, per trattare superfici tanto grandi da non stare in
una cabina di verniciatura.
Attraverso questa tecnologia è possibile applicare una grande varietà di vernici quali quelle a solvente, a
base acquosa, ad alto solido e in polvere. Il flusso, atomizzato, è caricato negativamente (comunemente
dell’ordine di 50 – 70 kV) grazie ad un elettrodo applicato alla pistola mentre il pezzo da trattare è messo a
terra; la differenza di potenziale è molto elevata (dell’ordine di diverse decine di migliaia di Volt) e la
corrente varia da valori molto bassi a 200 mA. Attraverso questa tecnica è possibile utilizzare prodotti privi o
con percentuali poco significative di solventi come vernici in polvere o idrosolubili.
Con tecniche puramente elettrostatiche l’applicazione di vernici ad acqua è più difficoltosa, utilizzando però
sistemi meccanici è possibile ottenere anche per questi prodotti una fine atomizzazione ed eccellenti
proprietà superficiali dello strato.
I limiti di questa tecnologia sono legati prevalentemente alla necessità di lavorare con circuiti elettrici. Tutte
le parti del sistema di applicazione coinvolte devono essere conduttrici per completare il circuito, per questo
è necessario evitare che lo sporco e la vernice si accumuli creando tracce conduttrici sulla punta plastica
della pistola che possono provocare cortocircuiti. La superficie da verniciare deve essere l’oggetto a
potenziale zero più vicino alla pistola, altri oggetti vicini potrebbero infatti deviare il flusso atomizzato.
Le pistole elettrostatiche sono alquanto delicate e necessitano di venir trattate di conseguenza. Una
manutenzione errata delle pistole può portare ad arresti della linea, rimaneggiamenti e di conseguenza alla
generazione di rifiuti. Una pistola sporca può essere causa di difetti quali colate, finiture non uniformi,
sgocciolatura, striature e altri difetti per i quali il pezzo deve essere sverniciato e ridipinto. L’accumulo di
vernice su ganci e supporti pendenti che trattengono gli oggetti da verniciare può comportarsi da strato
58
isolante e bloccare il flusso di corrente che mantiene a terra i pezzi. Un’attenta pulizia è quindi necessaria
per mantenere un buon contatto con la terra tra le parti e il convogliatore.
L’applicazione elettrostatica non è altrettanto efficiente nel verniciare cavità rispetto alle applicazioni non
elettrostatiche. Come detto in precedenza infatti le gocce cariche sono attratte dai bordi sottili, dagli spigoli e
dai lati delle cavità e non penetrano in profondità. Per lo stesso motivo alle volte è necessario rimuovere
eccessi di vernice su bordi e spigoli.
L’atomizzazione può avvenire con diverse tecniche e cioè con quelle tradizionali ad aria compressa, airless e
mista, l’equipaggiamento deve però essere specificatamente progettato per l’applicazione elettrostatica. Una
volta atomizzate le particelle di vernice, attirate dalla superficie per forza elettrostatica, aderiscono fino a
quando lo strato coprente non è completamente formato.
Per l’applicazione di vernice in polvere si utilizzano due diversi tipi di pistole, quella a corona e quella tribo elettrica. La pistola a corona produce particelle molto più cariche, inoltre permette di produrre uno strato
uniforme più velocemente. La pistola tribo – elettrica permette una migliore penetrazione in aree
caratterizzate da effetto gabbia di Faraday, qualora poi siano richiesti spessori consistenti è in grado di
generare superfici particolarmente lisce. In generale da essa è possibile ottenere film superficiali dalle
caratteristiche eccellenti.
Tutto l’equipaggiamento e i materiali non immediatamente necessari per le operazioni di pittura dovrebbero
essere posti al di fuori della cabina di verniciatura. Questi oggetti infatti possono accumulare overspray secco
che in un secondo momento potrà depositarsi su superfici appena verniciate rovinando il lavoro appena fatto
e rendendo necessaria una nuova verniciatura con conseguenti aumenti di costi e inquinamento.
Per quanto riguarda il tema della sicurezza sarà importante l’utilizzo di mascherine atte ad evitare l’inalazione
di overspray e vapori pericolosi. Possono essere inoltre necessari dispositivi di protezione acustica qualora i
livelli sonori lo richiedano.
Atomizzazione elettrostatica a rotazione
L’atomizzazione a rotazione costituisce uno dei metodi di atomizzazione utilizzati nei processi elettrostatici di
verniciatura. Il materiale verniciante è, con questa tecnica, atomizzato attraverso forza centrifuga, maggiore
è la velocità di rotazione più fine è l’atomizzazione.
Gli atomizzatori a rotazione sono costruiti in acciaio di alta qualità e si dividono in due tipologie: dischi e
campane.
I dischi sono sottili, relativamente piatti e rotondi. Il diametro dipende dalla velocità di rotazione: per basse
velocità si attesta intorno a 25 – 66 cm, per alte velocità 13 – 20 cm.
Gli atomizzatori a campana sono a forma di coni troncati, il diametro si aggira tra 2,5 – 13 cm.
Questo sistema, grazie alla combinazione di una elevata velocità rotazionale e di un’alta carica elettrostatica
(120 kV) permette un’atomizzazione molto fine della vernice e assicura un’eccellente qualità della finitura. In
più, merito della minima turbolenza dell’aria prodotta, l’efficienza di trasferimento risulta essere molto
elevata.
In relazione alla velocità di rotazione si conoscono sistemi a bassa e alta velocità. I sistemi ad alta velocità
(da 10000 a 60000 rpm) sono in grado di lavorare con vernici a base acquosa e ad alto solido con la stessa
efficienza con la quale lavorano con vernici a solvente. Infatti la velocità di rotazione può essere aggiustata
in relazione con la viscosità della vernice rendendo superflua l’aggiunta di solvente.
Questa tecnica non è ottimale per parti con una geometria complessa. L’assenza di aria compressa o di un
flusso forzato che spinga le gocce di vernice al bersaglio limita le capacità di verniciare all’interno di recessi.
Nelle aree della superficie del pezzo caratterizzate dal fenomeno della gabbia di Faraday possono essere
utilizzate le pistole tribo – elettriche con vernice in polvere per assicurare la migliore copertura; diversamente
le aree caratterizzate da effetto Faraday non saranno protette e potranno arrugginire.
Una volta che il fluido è stato atomizzato dall’alto voltaggio le gocce di vernice sono emesse a velocità da un
disco o da una campana elettrostatica; da questi dispositivi dipendono molte caratteristiche specifiche del
risultato finale.
Le campane elettrostatiche possono essere montate verticalmente, orizzontalmente o secondo ogni angolo
compreso. Possono essere montate su posizioni fisse, su robot o altre macchine a moto alternato operanti
sia orizzontalmente che verticalmente. Gli atomizzatori a campana permettono di verniciare rapidamente
larghe superfici con una finitura liscia e di alta qualità. Possono essere utilizzati per verniciare parti di
differenti altezze selezionando il numero di campane. Sono utilizzate in una grande varietà di applicazioni,
dalla verniciatura di recinti a quella di piccoli oggetti. L’efficienza di trasferimento è dell’85% e la produzione
di overspray avviene in tutte le direzioni.
I dischi elettrostatici sono montati orizzontalmente su un’asta verticale e una trasmissione rotazionale. Le
parti da verniciare sono sospese da un convogliatore che è fatto ruotare intorno al disco.
59
Il disco può verniciare, in una corsa, solo fino ad una determinata altezza che diventa quindi la variabile
principale. Le parti da trattare infatti non possono essere mischiate insieme per tipo di colore con il quale
saranno verniciate che non siano delle stesse dimensioni. Perché il processo sia conveniente sarebbe
opportuno che le corse fossero lunghe e con minime variazioni di colore. In generale i dischi funzionano
meglio con vernici a solvente rispetto alla vernice ad acqua. L’efficienza di trasferimento si attesta intorno
all’85%.
Applicazioni a rullo L’applicazione è effettuata attraverso rulli di gomma o di schiuma rotanti in grado di
applicare la vernice sia su un solo lato che su entrambi. Lo spessore dell’applicazione può essere regolato
attraverso la variazione di spazio tra i rulli, se però il pezzo si muove nella stessa direzione del rullo è
possibile applicare strati esclusivamente di spessore superiore a 12 micron e devono essere utilizzati prodotti
con una determinata viscosità. Questi limiti non sono invece presenti se la direzione del pezzo è contraria a
quella del rullo.
Questa tecnica di applicazione permette un’efficienza di trasferimento del prodotto verniciante del 90 –
100% ed è utilizzata con vernici ad alta viscosità e dunque normalmente a bassa concentrazione di solventi
(es. plastisol) o solide al 100%. È un sistema molto utilizzato dall’industria di imballaggi metallici (es. lattine
in alluminio di bevande) e nel coil coating.
Verniciatura convenzionale per immersione
I pezzi da trattare sono immersi manualmente o più spesso attraverso sistemi automatizzati in vasche
riempite di prodotto verniciante. Questa tecnica è utilizzabile per i sistemi di verniciatura con un solo
componente. Tra i vantaggi ambientali si ricorda l’elevata efficienza di trasferimento (sovente intorno al
100%) che si accompagna altresì con la completa copertura del pezzo con lo strato verniciante anche se con
geometrie complesse, alta possibilità di automazione e produttività.
Benché non vi sia dispersione di solventi come nel caso della verniciatura a spruzzo una parte del solvente
evapora dalla vasca in cui è stoccato e necessita dunque di aspirazione. Nel caso si utilizzino vernici all’acqua
si possono formare schiume a causa di eventuali contaminazioni dai processi di pretrattamento.
Benché infine sia tra le tecnologie economicamente più efficiente può determinare maggiore consumo di
prodotto verniciante per gli spessori maggiori che si raggiungono rispetto alle verniciature a spruzzo.
È largamente utilizzata nell’industria di produzione delle macchine agricole e relative attrezzature.
Verniciatura per immersione a elettrodeposizione
L’elettrodeposizione è un sistema di applicazione di vernice su metalli che si basa sull’attrazione elettrostatica
di cariche di segno opposto. Il pezzo da trattare è immerso in un bagno di particelle di vernice cariche in
soluzione acquosa ed al pezzo viene applicata una carica elettrostatica di segno opposto; le particelle di
vernice, attratte da carica opposta, ricoprono completamente la superficie del pezzo con un film continuo
fino allo spessore desiderato, facilmente regolabile tramite appropriata calibratura del voltaggio; a questo
punto il film isola elettricamente il pezzo dando fine al processo. In relazione alla carica elettrica il processo
può essere classificato come anodico o catodico: nel primo caso il pezzo è caricato positivamente mentre nel
secondo negativamente.
All’interno del bagno sono presenti resine, agenti leganti, solventi, agenti solubilizzatori e additivi. Le resine
sono tenute unite dagli agenti leganti che contribuiscono a formare quindi lo spessore del film. I solventi,
costituiti da acqua e da un co-solvente, contribuiscono a raggiungere il corretto spessore del film e una
migliore solubilità, quest’ultima è influenzata anche dalla presenza di agenti solubilizzatori. Pigmenti e
additivi rispettivamente donano colore e migliorano alcune caratteristiche quali la resistenza agli agenti
atmosferici e all’ammaccamento.
L’elettrodeposizione è molto sensibile al grado di pulizia del substrato che, se insufficiente, è la causa della
maggior parte dei difetti normalmente riscontrati.
Queste vernici sono applicate in immersione ed è necessario quindi mascherare le aree del pezzo che non
devono subire elettrodeposizione. I pezzi possono inoltre essere assemblati prima del trattamento: grazie a
questa tecnologia, che è in grado di ridurre al minimo le limitazioni date dall’effetto Faraday, è infatti
possibile produrre un film uniforme anche su pezzi di geometria complessa. Sono eliminati difetti quali
sgocciolatura e insaccatura.
Il processo di elettrodeposizione è completamente automatizzato e permette un’elevata produttività. E’
necessario però avere una conoscenza tecnica approfondita del processo, inoltre la manutenzione
dell’equipaggiamento è piuttosto sofisticata.
A causa dell’estrema durezza del film deposto risulta alquanto difficoltoso smerigliare la superficie per poi
rilavorarla. Inoltre una volta verniciato non è possibile ritrattare il pezzo con l’elettrodeposizione in quanto
non è più in grado di condurre (a meno che non sia stato trattato con vernici apposite). Poiché il bagno di
60
verniciatura è costituito da una soluzione acquosa sarà opportuno che il materiale che costituisce
l’equipaggiamento non sia sensibile alla corrosione.
La conversione da una elettrodeposizione di tipo anodico a quella catodica richiede non solo un’accurata,
estensiva e complessa pulizia ma anche cambiamenti di equipaggiamento che possono necessitare di
qualche mese di tempo per la loro installazione e regolazione, al contrario passare da un prodotto acrilico a
uno epossidico richiede solo minime modifiche che possono essere portate a termine in qualche giorno.
Poiché non è possibile cambiare rapidamente colore, è necessario dedicare ad ogni colore una linea di
verniciatura e pertanto normalmente, per motivi economici e di spazio, non sono presenti quasi mai più di
due linee. Questa tecnica è considerata efficiente ed economicamente conveniente quando si debbano
trattare grandi volumi di pezzi di un unico colore.
Nella sottostante tabella, in relazione ai diversi fattori di spesa, sono comparate quattro tecnologie di
verniciatura con quella ad elettrodeposizione.
Vernici a base
acquosa
Fattore
Spesa capitale
Bassa
Spesa di gestione/ Moderata
costo del
materiale
Vernici ad alto
solido
Vernici tradizionali
a solvente
Vernici in polvere
Vernici a
elettrodeposizione
Bassa
Bassa
Moderata
Alta
Moderata
Moderata
Alta
Bassa
L’efficienza di trasferimento è maggiore del 95% e il consumo di materie prime e la produzione di rifiuti
ridotta al minimo, sia in quanto è possibile progettare un sistema chiuso, sia grazie alla limitata necessità di
pulizia. Attraverso un sistema di risciacquo inverso a cascata ed ultrafiltrazione è infatti possibile processare
la vernice non depositato sul pezzo separandola dall’acqua demineralizzata (che può anch’essa essere
riutilizzata). Nelle acque di scarico sono presenti concentrazioni basse di carico organico (B.O.D., C.O.D.).
Necessita dunque di grandi spazi ed è significativamente energivoro, d’altra parte è caratterizzato da un’alta
efficienza di trasferimento, un preciso controllo della formazione del film, una limitata necessità di
manodopera e di manutenzione.
Tunnel di verniciatura ad allagamento
I pezzi sono trasportati in modo automatizzato all’interno di un tunnel che viene quindi chiuso in modo
ermetico. Grazie a tubi iniettori il tunnel è completamente riempito di vernice. Il prodotto verniciante rimasto
è raccolto e riutilizzato. L’effficienza di trasferimento è del 95 – 99%, rispetto alla verniciatura per
immersione però le perdite per evaporazione sono maggiori. Questa tecnologia è utilizzata per pezzi di
notevoli dimensioni in particolare nell’industria delle macchine agricole e automobilistica.
Altre tecniche applicabili alla verniciatura
Sistemi di miscelazione avanzati
Esistono sistemi di miscelazione per vernici (ma anche inchiostri o adesivi) che controllati da avanzati
software sono in grado di ridurre la produzione di rifiuti, l’utilizzo di solventi per la diluizione o per la pulizia
del miscelatore.
Questi sistemi sono infatti dotati di sensori, quali ad esempio il fotospettrometro, in grado di permettere una
perfetta miscelazione tra vernici di colori differenti (per esempio per produrre un determinato colore), tra
vernice e solvente (per ottenere una corretta densità) (etc.) ed evitare dunque tutta una serie di errori
comuni nella miscelazione manuale. Tali sistemi sono sovente sono utilizzati al fine di riutilizzare al meglio
vernici (o inchiostri) recuperate per generare un prodotto di differente tonalità e/o fluidità.
Riutilizzo di vernici
Vernici a base acquosa o solvente rimaste da precedenti applicazioni possono essere riutilizzate se non
diluite troppo o inquinate da agenti pulenti (qualora questo non sia il solvente utilizzato per la diluizione). Per
evitare la contaminazione è necessario svuotare le macchine e i serbatoi che contengono la vernice prima
possibile e poi iniziare la pulizia. Questo sistema è utilizzabile laddove ci si avvalga di colori standard ovvero
dove siano presenti sistemi di miscelazione avanzati che siano in grado di miscelare le vernici recuperate in
modo da raggiungere il colore predefinito.
61
Recupero di vernice (o inchiostro) e suo riutilizzo
Nella verniciatura per elettro-immersione è possibile recuperare i residui di vernice rimasti e attraverso
ultrafiltrazione separare acqua demineralizzata da una parte, che potrà essere recuperata con diverse
modalità, e vernice dall’altra. Nel caso in cui siano recuperate le morchie di verniciatura secondo linee che
utilizzano il medesimo colore allora la vernice recuperata potrà essere utilizzata per rigenerare altra vernice
di quel medesimo colore. Se invece le morchie sono provenienti dalle tutte le attività di applicazione (quindi
verosimilmente con diversi colori) le vernici potranno essere utilizzate come additivo per vernici nere. Allo
stato attuale questa tecnologia è utilizzata sovente nell’industria automobilistica per i primer.
Sistema di pompaggio diretto dallo stoccaggio all’applicazione
Questo sistema prevede l’invio diretto della vernice dall’area di stoccaggio agli impianti di applicazione
attraverso un sistema di pompaggio. Diversi sono i vantaggi che si possono ottenere tra cui:
• riduzione del rischio di perdite per sgocciolamento o decantazione nel trasferimento;
• riduzione della necessità di vasche scoperte e di conseguenza minore possibilità di contaminazione e
di emissioni diffuse;
• maggiore possibilità di verificare l’ottimale funzionamento del sistema attraverso flussometri;
• minore necessità di serbatoi/vasche di contenimento della vernice, minore necessità di pulizia.
Questa tecnologia è altresì applicabile per i solventi che dai serbatoi di stoccaggio sono miscelati alle vernici
direttamente nell’impianto di miscelazione e applicazione. Gli impianti, soprattutto in quest’ultimo caso
devono essere accuratamente ispezionabili e ispezionati al fine di ridurre le probabilità di inquinamenti del
suolo.
Si tratta di una tecnologia diffusa nell’industria automobilistica. Possono aumentare i consumi energetici.
Batch painting
Si tratta di una tecnica diffusa perlopiù negli impianti di verniciatura di autocarri e veicoli commerciali.
Prevede l’utilizzo di un gruppo di vernici di determinati colori standard (da 1 a 5-6 diversi) utilizzate per una
serie di prodotti che devono essere trattati con lo stesso colore. In questo modo si riduce fortemente la
necessità di pulizia di vasche, serbatoi, tubazioni, sistemi di applicazione che altrimenti dovrebbero essere
puliti ad ogni cambio di colore con conseguente consumo di solventi e generazione di rifiuti. Le maggiori
difficoltà legate a questo sistema sono quelle di gestire i programmi di produzione, è necessario inoltre avere
sufficiente spazio per i diversi prodotti.
Pig clearing
Attraverso questa tecnologia un modulo in plastica (pig) spinge lungo le tubazioni la vernice che verrà
utilizzata nel processo di verniciatura. Il modulo è spinto da solvente. Una minima parte della vernice rimane
nella tubazione dopo il passaggio del pig e viene solubilizzata dal solvente, il quale una volta uscito è
recuperato e riutilizzato. Questo sistema permette di utilizzare un minore quantitativo di agenti pulenti e
sono ridotti i consumi di solvente e vernici. Non è applicabile con prodotti a bassa viscosità. È utilizzato negli
impianti di verniciatura di autoveicoli.
Utilizzo di materiale pre-verniciato (coil coating)
L’utilizzo di semilavorati già verniciati permette di ridurre significativamente i pezzi da verniciare o elimina
perfino tale necessità. Con il termine coil coating si indica uno dei sistemi più moderni e tecnologicamente
più avanzati per la produzione in continuo di materiale decorativo e di rivestimento uniforme di alta qualità.
Il prodotto che ne risulta è composto da un supporto metallico e da un uniforme rivestimento organico
applicato in continuo sotto forma liquida o di polvere o in forma di pellicola incollata (film in pvc o simili).
Questo insieme, prodotto sotto forma di bobina o coil può essere fabbricato in grande varietà di tipi e può
trovare una infinità di applicazioni. Da un punto di vista ambientale la verniciatura di lastre laminari in
impianti di trattamento sovente di notevoli dimensioni permettono di utilizzare tecnologie molto più raffinate
e ambientalmente compatibili se comparate con i sistemi normalmente utilizzati nelle aziende dove si
effettua la finitura (tecniche a spruzzo) riducendo così le emissioni di COV, e migliorando l’efficienza
nell’utilizzo di sostanze pericolose, energetica, di produzione di rifiuti.
62
PROCESSO DI SGRASSAGGIO / LAVAGGIO INDUSTRIALE
Tecnica: Prodotti per lo sgrassaggio / lavaggio industriale a minor impatto ambientale
Soluzioni semi-acquose
Le soluzioni semi-acquose sono miscele semistabili di acqua e altre specie chimiche di origine naturale o
sintetica (solventi, tensioattivi, inibitori della corrosione e altri additivi).
In relazione alle sostanze presenti nella miscela si possono avere soluzioni bifase con composti non miscibili
in acqua (terpeni, esteri ad alto peso molecolare, idrocarburi distillati del petrolio, glicoeteri) o soluzioni
omogenee con prodotti miscibili (alcol a basso peso molecolare, chetoni, esteri, ammine organiche). La
caratteristica chimica della miscela influenza la scelta del solvente utilizzato per il risciacquo del residuo
lasciato dall’emulsione stessa: normalmente è utilizzata acqua o alcol. Il residuo può essere eventualmente
anche lasciato come film protettivo.
Le miscele semi acquose sono utilizzate spesso in processi a ciclo semichiuso o chiuso in cui la soluzione è
depurata e riutilizzata. Nel primo caso si ha un riciclo del liquido utilizzato per il risciacquo caratterizzato
normalmente da un basso grado di contaminazione, un’altra possibilità è invece quella di riciclare sia nella
fase di lavaggio che in quella di risciacquo la fase solvente, opportunamente separate da quella acquosa che
viene scaricata. L’opzione di un sistema semichiuso è in genere suggerita dalla scelta di contenere i consumi,
e quindi i costi, di solvente, soprattutto nel caso in cui tale sostanza sia utilizzata nella fase di risciacquo e sia
quindi caratterizzata da limitati livelli di contaminazione. Nei sistemi chiusi, successivamente alla separazione
e all’allontanamento delle contaminazioni rimosse dai pezzi lavati, sono riciclate sia la fase acquosa che
quella solvente provenienti dal lavaggio e dal risciacquo permettendo quindi, oltre che una riduzione dei
consumi anche una significativa riduzione dei volumi di acqua da trattare/scaricare.
Le miscele semi acquose risultano molto efficaci per la rimozione di pezzi con pesanti carichi di sporco
costituito da oli, grassi, resine e residui di lavorazione mentre non sono adatte alla rimozione di ruggine.
Penetrano in spazi molto ristretti grazie alla limitata tensione superficiale. Generalmente hanno un basso
potenziale di corrosione nei confronti di metalli sensibili all’acqua.
Le soluzioni semi acquose possono essere utilizzate in molti diversi processi di pulizia, dai tradizionali sistemi
in immersione, al lavaggio a vapore, ai getti a bassa ed alta pressione, lavatrici automatiche ed integrate,
sistemi ad ultrasuoni e megasuoni.
L’utilizzo di miscele semi acquose permette di ridurre significativamente l’utilizzo di solventi il cui consumo
dipenderà principalmente da due fattori: la concentrazione di questi nella miscela e la presenza di un sistema
di separazione e riciclo.
Una minore concentrazione di solvente nella miscela non ha ricadute solamente sui consumi di questi ultimi
ma anche, elemento non trascurabile, sulle condizioni di sicurezza del luogo di lavoro. Alcune miscele semi
acquose concentrate sono infatti infiammabili a temperatura ambiente, e ciò influenza pesantemente la
scelta delle tecnologie di impiego (ad esempio alcune miscele infiammabili non possono essere utilizzate in
sistemi a getto ad alta pressione o ancora non tutte le lavatrici automatiche sono progettate per lavorare con
sostanze infiammabili), nonché il numero e la gravità dei requisiti di sicurezza antincendio a cui è necessario
ottemperare. Sono inoltre innalzate le probabilità di incidenti rilevanti.
Ridurre la concentrazione di solventi nella miscela può inoltre minimizzare altri aspetti negativi tipici
dell’utilizzo di solventi quali gli odori (che possono essere fonte di disturbo anche per il vicinato) nonché il
contatto e l’inalazione di sostanze spesso dannose per la salute dei lavoratori e per l’ambiente.
Alcuni solventi o sostanze organiche utilizzate nelle miscele semi acquose hanno effetti particolarmente
dannosi sulla salute umana (cancerogene, mutagene, dannose per il sistema riproduttivo): per questo
motivo sarebbe opportuno evitare accuratamente e completamente l’utilizzo di tali sostanze a meno di un
loro utilizzo in sistemi completamente ermetici.
Un sistema di separazione, depurazione e riutilizzo delle emulsioni permette di ridurre fortemente i consumi
di solventi e soprattutto i quantitativi di rifiuti da smaltire. Nel caso specifico delle soluzioni semi acquose poi,
è possibile il riutilizzo della fase acquosa grazie alla quale sono ridotti non solo i consumi idrici ma anche i
volumi da depurare e scaricare.
Il maggior beneficio apportato da queste soluzioni riguarda l’assenza di sostanze dannose per l’ozono (es.
solventi alogenati). Le emissioni di COV possono essere limitate, oltre che, come visto in precedenza,
63
riducendo al minimo i consumi di solventi che compongono la miscela, anche scegliendo specie chimiche a
bassa volatilità o che abbiano una bassa reattività fotochimica. Ridurre la temperatura della miscela al
minimo indispensabile compatibilmente con il grado di pulizia richiesto può essere poi un accorgimento
gestionale in grado di ridurre la volatilità e quindi le emissioni di COV.
Soluzioni acquose
L’azione pulente delle soluzioni acquose si basa sia su interazioni chimiche che fisiche. La composizione
chimica di tali soluzioni è alquanto ampia comprendendo:
‰
acqua pura (tal quale, filtrata o demineralizzata);
‰
soluzioni acquose neutre - si tratta di soluzioni acquose caratterizzate da pH neutro;
diversamente dall’acqua pura possono contenere tensioattivi, agenti chelanti, inibitori e altri
additivi in grado di migliorarne le performance;
‰
soluzioni acquose acide - le soluzioni acide sono miscele acquose con pH minore di 7 che
possono contenere acidi inorganici (es. fluoridrico, solforico, nitrico, fosforico) o organici (es.
acetico, ossalico, cresilico). Altri additivi presenti sono detergenti, agenti chelanti e piccole
quantità di solventi miscibili in acqua. La scelta della composizione della soluzione acida
dipende dalla natura del contaminante e del substrato da trattare;
‰
soluzioni acquose basiche - con tale termine si indicano soluzioni acquose caratterizzate da
pH maggiore di 7 e normalmente compreso tra i valori 10 - 14. All’interno di questa famiglia
sono presenti soluzioni ioniche (anioniche o cationiche) e non ioniche. I livelli di pulizia
raggiungibili sono elevati in particolare se avviene il risciacquo e la soluzione è
opportunamente filtrata. Normalmente sono utilizzati additivi come emulsionanti, per
mantenere dispersi oli e grassi in soluzione, e tensioattivi, agenti sequestranti e inibitori di
corrosione (necessari per alcuni metalli come l’alluminio) per migliorarne le performance.
Variabili importanti che influenzano il risultato di pulizia ottenibile sono la composizione delle soluzioni, la
concentrazione dei componenti, la temperatura e la presenza di sistemi di agitazione, ad ultrasuoni, ecc. In
particolare i sistemi meccanici associati ai sistemi di lavaggio con soluzioni acquose diventano via via più
importanti man mano che diminuisce il potere di attacco chimico delle soluzioni stesse: le soluzioni a più
basso potere di pulizia, come l’acqua pura, sono utilizzate frequentemente in sistemi in cui sono sfruttate le
caratteristiche fisiche del mezzo come il calore (sistemi a vapore), l’elevata energia cinetica (getti a bassa e
alta pressione) o entrambi (ultrasuoni).
Le soluzioni acquose possono essere utilizzate per la rimozione di moltissime tipologie di contaminanti sui più
svariati materiali ma il loro impiego presuppone scelte oculate in base alla natura del contaminante, del
materiale trattato e del grado di pulizia richiesto; sarà inoltre molto importante un attento controllo dei
parametri di processo.
La pulizia e lo sgrassaggio con soluzioni acquose può essere utilizzata in numerose applicazioni incluse
alcune che, fino a poco tempo fa, erano considerate il dominio dei sistemi a solvente o a vapore.
Attualmente esistono molti tipi differenti di soluzioni acquose disponibili: poiché solitamente l’acqua da sola
non è un detergente completo in molti casi vengono aggiunti additivi che influenzano il potere di rimozione
dello sporco. Si presentano di seguito le specifiche applicazioni possibili con le diverse tipologie di soluzioni
acquose.
Acqua pura - L’acqua non contenente altri additivi o detergenti può essere efficacemente utilizzata
per rimuovere refrigeranti a base acquosa, cloruri e altri contaminanti ionici di cui è ottimo solvente,
grasso, polvere, sabbia e particolato in genere. L’acqua ad alta pressione può essere utilizzata per
rimuovere scorie metalliche prodotte da fresatrici, denti di cane dalle carene delle barche, vernice
da aeroplani, e per pulire tubazioni intasate.
Un limite applicativo dell’acqua può essere la variabilità, da zona a zona, di durezza e di altre
caratteristiche chimiche, in alcuni casi potrà essere necessario procedere a demineralizzazione per
evitare la comparsa di macchie e incrostazioni, in altri casi, come nel lavaggio di precisione, si
procede spesso con deionizzazione e filtrazione spinta.
Soluzioni acquose neutre – Anche grazie alla presenza di tensioattivi che accrescono
notevolmente la capacità bagnante, le soluzioni acquose neutre sono ottimali per la rimozione di
cloruri ed altri sali, di cui sono ottimi solventi, e particolato sia organico che inorganico. Non sono
invece idonee per l’impiego in sistemi ad immersione semplici in quanto sensibili a variazioni del
carico contaminante e non sufficientemente aggressive da un punto di vista chimico. Frequente è il
loro uso in abbinamento a sistemi a getto, vapore o ultrasuoni.
64
Soluzioni acquose acide - Le applicazioni sono alquanto varie, essendo le soluzioni acide utilizzate
comunemente per rimuovere incrostazioni, ruggine e altri ossidi di metalli ed essendosi dimostrate
efficienti anche con sostanze organiche (eccellenti con composti pigmentati). Le soluzioni acide non
sono invece molto efficienti in caso di contaminazione dei pezzi con oli, grassi e colofonia.
Altre applicazioni riguardano la rimozione di scorie di fresatura, saldatura e trattamento a caldo,
smaltatura di porcellane, stagnatura, zincatura e altri metalli elettrodeposti, incrostazioni calcitiche,
prodotti di reazione tra acqua e contaminanti e particolari proteine.
Le soluzioni acide possono essere utilizzate anche per la sverniciatura, questo tipo di utilizzazione è
d’altra parte meno comune rispetto all’utilizzo di soluzioni alcaline in quanto alcuni metalli possono
essere intaccati e indeboliti (fragilità da idrogeno) ed è inoltre spesso necessaria la neutralizzazione
del pH. Il problema della fragilità da idrogeno può essere evitato da un’accurata scelta dell’acido e
del trattamento (es. trattamento a caldo).
I limiti di questo tipo di soluzioni derivano soprattutto dagli effetti negativi che possono avere su
alcuni metalli. Per esempio soluzioni acide contenenti cloruri macchiano tutti gli acciai inossidabili e
rovinano il magnesio, alcuni tipi di acciai inossidabili possono dissolversi a contatto con acido
solforico caldo o acido cloridrico.
Soluzioni acquose basiche - Sono, tra le soluzioni acquose, quelle più utilizzate. Sono infatti in
grado di rimuovere grassi, oli da taglio e lubrificanti, alcune vernici a base acquosa, liquidi
refrigeranti, ditate, cosmolene, vaselina, cere, particelle oleose, sporco di officina, sali, ruggine e
incrostazioni, e ancora inchiostri e prodotti per la pulizia e la lucidatura. Le soluzioni alcaline sono
state usate con successo nella pulizia di ferro e acciaio inossidabile e dolce. La corrosione della
placcatura può rappresentare però un problema per alcuni materiali.
In alcuni casi si è notata un’influenza negativa sulla sensibilità di alcuni metalli alle soluzioni alcaline
in presenza di agenti chelanti o sequestranti. Il piombo, per esempio, risulta particolarmente
sensibile a soluzioni alcaline calde in particolare quelle contenenti cloruri o agenti sequestranti, il
titanio non è normalmente sensibile a soluzioni fortemente alcaline a meno che non siano presenti
agenti chelanti. In molti casi comunque il problema può essere risolto attraverso l’utilizzo di inibitori.
Diversi sono i materiali sensibili in particolari condizioni che necessitano di specifici inibitori della
corrosione:
l’allumino e lo stagno sono sensibili alle soluzioni ad alta attività alcalina, è necessario in
questi casi far uso di inibitori della corrosione come il silicato di sodio;
‰
l’ottone è reso opaco da soluzioni fortemente alcaline, anche in questo caso sarà utile
ricorrere a inibitori;
‰
il magnesio è molto sensibile a quasi tutte le soluzioni acquose (acide, basiche, neutre) con
l’esclusione di quelle con pH maggiore a 10,6. Negli altri casi è possibile ricorrere a inibitori
quali il silicato acido.
Le soluzioni alcaline possono lavorare entro un intervallo molto ampio di temperatura; ad elevate
temperature sono spesso utilizzate in processi di sverniciatura (stripping chimico). Sono utilizzate in
particolare per rimuovere rivestimenti facilmente saponificabili quali quelli ureici, alchilici o
nitrocellulosici da substrati quali acciaio, rame e magnesio. La soluzione presente nelle vasche (hot
tanks) è mantenuta in agitazione per velocizzare il processo che comunque non è particolarmente
veloce. Questa tecnica di sverniciatura non è applicabile a tutti i metalli e può necessitare di
ventilazione addizionale.
‰
Le soluzioni acquose possono essere utilizzate in molti diversi processi di pulizia, dai tradizionali sistemi in
immersione, al lavaggio a vapore, ai getti a bassa ed alta pressione, lavatrici automatiche ed integrate,
sistemi ad ultrasuoni e megasuoni.
Nel caso in cui nelle soluzioni acquose siano presenti sostanze schiumogene occorre evitare il ricorso a
sistemi di agitazione. Generalmente le soluzioni non ioniche sono preferite nei sistemi spray, ad agitazione o
ad ultrasuoni in quanto producono meno schiuma; anche le soluzioni a bassa alcalinità, riducendo la
saponificazione, danno origine ad una minore produzione di schiuma nel caso in cui i contaminanti siano
grassi (in questo caso soluzioni ad elevata alcalinità permettono inoltre di ottenere una più lunga vita del
bagno di lavaggio).
Come succede per tutte le soluzioni acquose può essere necessario una fase di risciacquo, ciò è vero
soprattutto allorquando si utilizzino soluzioni ioniche (come le soluzioni basiche). Il risciacquo è necessario
65
anche nel caso siano presenti nella soluzione acquosa inibitori di corrosione8 (utili per evitare corrosione e
altri effetti negativi su metalli e altri materiali) che, se rimangono sul pezzo, possono interferire con i
trattamenti successivi di verniciatura o placcatura.
Al fine di evitare ossidazione o corrosione dei metalli in alcuni casi sarà necessario disporre di un sistema di
essiccamento: i sistemi più comuni sono quelli ad aria forzata, a infrarossi e a rotazione centrifuga.
Le soluzioni acquose non sono dannose per lo strato di ozono né contengono COV.
La maggior parte delle soluzioni acquose non è considerata sostanza pericolosa né, una volta esausta, rifiuto
pericoloso. In particolare l’utilizzo di acqua pura non prevede il consumo di alcuna sostanza pericolosa e non
dà luogo ad emissioni atmosferiche (se non vapore acqueo).
Gli acidi e gli alcali impiegati rispettivamente per la composizione delle soluzioni acquose acide e basiche
sono invece sostanze corrosive ed irritanti (una volta prodotta la soluzione diluita, la pericolosità è
drasticamente ridotta); occorre seguire idonei accorgimenti di manipolazione di acidi ed alcali concentrati e
ricorrere a dispositivi atti ad impedirne il contatto con epidermide, occhi e vie respiratorie. La miscelazione di
acqua o di una soluzione acquosa diluita con un acido è un’operazione da effettuare con estrema cautela in
quanto innesca una reazione che può essere fortemente esotermica ed esplosiva. Una ulteriore
preoccupazione in tema di sicurezza è legata al possibile contatto degli operatori con soluzioni acquose ad
alta temperatura. Sarà inoltre opportuno prendere le dovute precauzioni in tema di pericolo di folgorazione
per il contatto tra soluzione e prese e linee elettriche. Le soluzioni acquose non sono invece infiammabili.
In molti casi, previa depurazione, è possibile gestire la soluzione esausta come scarico idrico invece che
come rifiuto; molti componenti inorganici delle soluzioni acquose sono infatti poco o per nulla tossici; per
quanto riguarda i tensioattivi, essi devono essere biodegradabili per legge per l’80 – 90%. Nella scelta dei
componenti per la formulazione della soluzione acquosa sarebbe inoltre opportuno evitare di ricorrere a
prodotti dannosi per l’ambiente acquatico quali ad esempio fenoli etossilati. Nel caso di scarichi liquidi
derivanti da soluzioni acquose acide o basiche esauste può essere necessario un aggiustamento del pH
prima dello scarico; la presenza di agenti chelanti può rendere difficoltosa la rimozione di metalli in
soluzione.
Le soluzioni acquose usate possono essere, in molti casi, depurate e riutilizzate, evitando così la generazione
di scarichi liquidi e minimizzando il quantitativo di rifiuti (consistenti nelle sole contaminazioni rimosse ed
allontanate dalla soluzione). Alcune soluzioni alcaline permettono una buona separazione tra fase acquosa e
fase oleosa (contaminante), in questo caso è particolarmente consigliato e conveniente il riutilizzo della fase
acquosa una volta separata.
La presenza di un sistema chiuso di riciclo è in grado di ridurre sia i consumi idrici che il flusso di scarico
liquido.
I sistemi di essiccamento associati alle soluzioni acquose (necessari in alcuni casi per evitare fenomeni di
corrosione dei metalli lavati) possono influire significativamente sui consumi energetici. L’utilizzo di soluzioni
acquose ad alte temperature può consentire un riscaldamento del pezzo ad un punto tale da permetterne
una essiccazione adeguatamente veloce senza l’ausilio di appositi sistemi; in questi casi comunque il
consumo energetico non si evita ma si associa alla fase di lavaggio durante la quale avviene il riscaldamento.
Nel caso in cui si utilizzino soluzioni acquose ad elevata temperatura è possibile recuperare parte del calore
delle soluzioni:
• allorquando possano essere riutilizzate nel giro di breve tempo per un altro ciclo di
lavaggio/sgrassaggio;
• preriscaldando l’acqua o l’aria per il riscaldamento degli ambienti di lavoro.
La maggior parte dei sistemi di lavaggio a solvente può essere convertita piuttosto semplicemente (ovvero
senza costi aggiuntivi) all’uso di soluzioni acquose; va valutata la convenienza di riutilizzare l’attrezzatura in
dotazione in caso di presenza di elementi sensibili alla corrosione.
Le soluzioni acquose normalmente non sono veloci ed efficienti come alcuni solventi e ciò si riflette sul livello
di produttività. I sistemi che fanno uso di soluzioni acquose di solito necessitano inoltre di più spazio rispetto
a quelli a solvente.
A queste voci vanno però contrapposti i risparmi che si ottengono in termini di smaltimento rifiuti e di
miglioramento delle condizioni dell’ambiente di lavoro.
8
Gli agenti inibitori più comuni sono costituiti da silicati o cromati.
66
Tecnica: Tecniche a minore impatto per la pulizia/sgrassaggio e sverniciatura dei
metalli
Pulizia per immersione
La pulizia per immersione è utilizzata per rimuovere contaminanti liquidi e solidi purché solubili nel bagno di
immersione.
Può essere considerata tra le tecniche più semplici concettualmente e più tradizionali. Essa consiste in una
vasca contenente una soluzione (bagno) a temperatura ambiente la cui natura chimica può essere alquanto
varia nella quale sono immersi i pezzi da trattare. La scelta della soluzione è funzione del tipo di
contaminante che si vuole rimuovere, il processo si basa infatti sul potere solvente del bagno d’immersione.
Il processo può essere gestito con o senza l’ausilio di automatismi. Tra i sistema di pulizia quello con
soluzioni acquose è il meno aggressivo, non è però raccomandato come processo di lavaggio per livelli di
pulizia molto elevati di cui è sovente fase preliminare.
Esistono peraltro sistemi di pulizia ad immersione più complessi che raggiungono standard di efficienza
maggiore attraverso l’integrazione di sistemi di agitazione e/o riscaldamento il cui scopo è migliorare il
potere solvente della soluzione; quelli più frequentemente utilizzati a tale scopo sono gli ultrasuoni,
megasuoni, spray in immersione o diffusori sommersi. Gli elementi di riscaldamento possono essere
sommersi o esterni alla vasca.
La natura del bagno di immersione può essere alquanto varia a seconda del tipo di contaminante da
dissolvere, si spazia quindi dall’acqua pura alle soluzioni acquose (acide, basiche, etc.), semi acquose fino
alle miscele di solventi.
Tra i limiti di questo sistema ricordiamo che il liquido del bagno tende a sporcarsi molto velocemente, in
particolare in presenza di elevati carichi di contaminante, per questo sistemi di separazione e filtrazione
potranno essere utili. Uno stadio di prelavaggio allunga la vita del bagno di immersione. Nel caso siano
utilizzate soluzioni acquose o semi acquose contenenti detergenti in vasche con sistemi di agitazione sarà
opportuno provvedere ad aggiungere nel bagno additivi anti schiuma.
Gli impatti ambientali legati a questa tecnologia dipendono da tre fattori e cioè:
• natura chimica della soluzione solvente utilizzata;
• presenza di sistemi di riscaldamento e/o agitazione del bagno di immersione;
• sistema di depurazione e riutilizzo della soluzione solvente.
La tipologia di soluzione solvente influenza:
• la natura e la pericolosità delle emissioni atmosferiche convogliate e diffuse;
• la pericolosità dei rifiuti prodotti;
• la necessità e la tipologia degli appropriati sistemi di aspirazione e abbattimento;
• i requisiti di prevenzione antincendio e delle emergenze e di salubrità degli ambienti di lavoro;
• i consumi idrici;
• la necessità di un sistema di essiccamento;
• la necessità di trattamenti per lo scarico dei reflui in fognatura;
• i requisiti dei trasportatori e smaltitori di rifiuti.
La presenza di sistemi integrati di riscaldamento e/o agitazione possono influenzare significativamente i
consumi energetici. Inoltre la presenza di tali sistemi, aumentando significativamente l’efficienza del
processo, è in grado di permettere, sovente, la sostituzione di miscele di solventi con soluzioni semi acquose
o acquose.
Dalla presenza di un sistema di depurazione della soluzione contaminata e di riutilizzo della stessa dipende:
• la quantità di rifiuti prodotti;
• il consumo di materia prima (solventi, acqua, acidi, additivi, alcali, etc.).
I requisiti di sicurezza a cui l’azienda deve ottemperare dipendono dalla natura e dalla pericolosità della
soluzione che costituisce il bagno di immersione.
Macchine lavatrici automatiche
Le macchine lavatrici automatiche sono utilizzate per rimuovere oli e detriti dai pezzi da trattare, esse
rappresentano una valida alternativa alla pulizia per immersione.
67
Olio e detrito sono rimossi dai pezzi nel passaggio lungo una serie di camere nelle quali sono spruzzate
soluzioni pulenti e risciacquanti a differenti concentrazioni. Questo tipo di tecnologia è facile da istallare e
gestire, non necessità di particolari capacità né di molta attenzione da parte dell’operatore e raggiunge
standard elevati di pulizia soprattutto in presenza di un alto grado di automatismo. La forza del getto, i
lavaggi ripetuti, un maggior contatto con il pezzo da trattare permettono infatti di migliorarne l’efficienza
rispetto a sistemi convenzionali utilizzando soluzioni acquose o semi acquose in sostituzione all’uso di
solventi organici. Nell’ultimo comparto può essere presente un sistema di essiccazione necessario ad
asciugare i pezzi trattati con soluzioni acquose. Le diverse soluzioni per la pulizia possono essere raccolte, in
modo differenziato, in serbatoi separatori dove avviene la depurazione dei liquidi contaminati (es. filtrazione,
disoleatura). Esiste la possibilità di personalizzare, a secondo delle esigenze dell’azienda, i dispositivi a
servizio della tecnologia quali filtri, separatori olio-acqua, ispessitori di fango. La soluzione può essere così
riutilizzata più volte salvo operazioni di rabbocco necessarie a compensare piccole perdite dovute ad
evaporazione o separazione.
Se l’efficienza di pulizia di questo tipo di tecnologia è comparabile a sistemi convenzionali, l’elevato grado di
automatismo, sia nella fase di lavaggio che di depurazione e riutilizzo delle soluzioni, permette invece
notevoli vantaggi ambientali ed economici. L’utilizzo di soluzioni acquose o semi acquose in sostituzione di
sostanze classificate come pericolose (molti solventi sono infiammabili, cancerogeni, etc.):
• riduce i requisiti e i costi per la sicurezza (es. prevenzione di incendi, sorveglianza sanitaria,
aspirazioni, etc.);
• riduce la quantità e i costi dello smaltimento dei rifiuti pericolosi prodotti;
Questo sistema, può, d’altra parte, comportare un aumento di consumi idrici, e la necessità di trattamento
dei reflui prima della immissione in rete fognaria qualora vengano gestiti come scarichi idrici.
La presenza di sistemi di depurazione e riutilizzo riduce fortemente il consumo di prodotti chimici (acqua,
acidi o basi, additivi, etc.), di rifiuti e acque di scarico. In particolare la quantità di soluzioni-rifiuto sono
molto basse se comparate a sistemi di pulizia tradizionali. Alcune nuove macchine non producono soluzioni di
scarto, in questo caso sarà solo necessario aggiungere acqua per rimpiazzare quella evaporata
nell’essiccatore. Da un punto di vista energetico la fase di essiccazione è quella maggiormente energivora.
Le maggiori preoccupazioni relative alla sicurezza dei lavoratori, trattandosi di soluzioni acquose o emulsioni,
saranno incentrate sulla presenza di sostanze pericolose organiche (additivi, solventi nel caso di soluzioni
semi acquose, etc.) e inorganiche (acidi, basi).
Macchine lavatrici integrate
Questo tipo di tecnologia può utilizzare sia soluzioni acquose o semi acquose che solventi. Nel primo caso si
potranno lavare con un’ottima efficienza pezzi che normalmente sarebbero trattati in vaporizzatori, bottali
alcaline o attraverso pulizia manuale con utilizzo di miscele acquose. L’elevata pressione dei getti d’acqua
(fino a 12 atm) e l’elevata temperatura (fino a 115 °C) permettono di rimuovere oli, grasso, incrostazioni in
tempi variabili tra 1 e 30 minuti. Questo tipo di tecnologia è sicura, previa scelta opportuna del detergente,
per metalli, plastiche, etc. Può essere inoltre utilizzata per la rimozione di trucioli e sbavature di pezzi
metallici.
Per quanto riguarda il secondo caso all’aggressione fisica (getti a pressione, ultrasuoni, megasuoni, etc.)
sono aggiunte le potenzialità di attacco chimico dei solventi, le applicazioni sono quindi innumerevoli e
dipendono dalla miscela di solvente utilizzato e dalle singole tecnologie integrate (es. ultrasuoni, getti ad alta
pressione, etc.).
Una fase delicata è rappresentata dal disseccamento dei pezzi durante il quale possono formarsi macchie se
la risciacquatura non viene effettuata correttamente o se la soluzione di risciacquo contiene un’elevata
concentrazione di solidi sospesi.
Un limite tipico di questa tecnologia è che alcune parti come i sensori elettronici possono essere danneggiati
per le forti pressioni e le alte temperature. La dimensione del pezzo da trattare è il principale vincolo da
prendere in considerazione.
Altri vantaggi legati a questa tecnologia sono:
• maggiore efficienza di pulizia rispetto a sistemi di pulizia manuali;
• tempo di lavaggio ridotto;
• fase di pulizia, risciacquo ed essiccamento nella stessa unità, necessitano quindi di meno spazio
rispetto a macchinari progettati per eseguire gli stessi processi in linea;
• disponibilità di macchine lavatrici integrate portatili.
Con questo termine generico si intende un vasto gruppo di macchine per la pulizia contenute in un’unica
unità. La tenuta ermetica della camera di processo assicura, insieme a dispositivi di allontanamento dei
vapori, l’assenza di emissioni diffuse e standard di sicurezza adeguati che permettono l’utilizzo di solventi
infiammabili. Comprendono tecniche di lavaggio automatizzato in umido come l’immersione, l'uso di vapore,
68
getti in pressione, ultrasuoni, ecc. Queste varie tecniche possono essere applicate singolarmente o
attraverso tecnologie complesse che le integrano assieme massimizzandone l’efficienza. Le macchine sono
munite generalmente di cestelli rotanti che confinano e trattengono i pezzi. Le varie operazioni, dal lavaggio
iniziale al risciacquo all’asciugatura, sono eseguite generalmente in un unico ciclo e nello stesso contenitore.
Il sistema di depurazione/recupero del solvente permette di mantenere il massimo grado di purezza del
liquido di lavaggio a contatto con la superficie dei pezzi. Il sistema è comunemente costituito da: un
separatore d’acqua (per rimuovere l’umidità presente sui pezzi o introdotta con aria esterna ad ogni apertura
del portello di carico); filtro (per la separazione dei contaminanti solidi); distillatore (per la separazione dei
contaminanti solubili dalla soluzione solvente).
Tali macchine possono essere personalizzate ed adattate allo specifico utilizzo in funzione del numero e delle
dimensioni dei pezzi da trattare e, se integrate, possono richiedere un ingombro inferiore rispetto agli
equivalenti sistemi funzionanti in serie, pur mantenendo dei costi di investimento comparabili.
Queste apparecchiature sono concepite per lavorare con diversi tipi di prodotti lavanti, in funzione della
natura dei pezzi e dei contaminanti da rimuovere quali: acqua, soluzioni acquose neutre, acide o alcaline,
lattato di etile, acetone, distillati del petrolio, e altri chetoni, esteri, eteri, etc.
L’impatto ambientale e quello sulla salubrità degli ambienti di lavoro e la salute degli operatori delle
macchine lavatrici integrate dipende quasi esclusivamente dalla soluzione solvente utilizzata: soluzioni
acquose, semiacquose o solventi. Nei primi due casi l’utilizzo di solventi è nullo o comunque ridotto al
minimo, inoltre la presenza di un sistema di depurazione/riutilizzo permette di diminuire significativamente
anche consumi idrici e scarichi/rifiuti. Gli impatti relativi a questi due primi casi possono essere assimilati a
quelli visti per le macchine lavatrici automatiche nel precedente paragrafo.
Nel terzo caso l’impatto relativo al consumo di sostanze pericolose per la salute e l’ambiente è mitigato da
due fattori:
• la mancanza di emissioni diffuse dalla lavatrice elimina pressoché totalmente (le uniche emissioni si
hanno con l’apertura del portello per il carico e l’estrazione dei pezzi) una fonte importante di
inquinamento dal luogo di lavoro
• la presenza di un sistema di depurazione/riutilizzo dei solventi ne permette il recupero al 90% con
una conseguente riduzione significativa dei consumi di sostanze pericolose e di produzione di rifiuti.
Il consumo energetico delle lavatrici integrate varia dipendentemente dalla presenza di sistemi integrati di
lavaggio (getti ad alta pressione, megasuoni, etc.) e dalla presenza dell’essiccatore.
Lavaggio con ultrasuoni
I sistemi ad ultrasuoni permettono standard molto elevati di pulizia e una significativa riduzione dei tempi.
Sono utilizzati per rimuovere particelle molto piccole così come grasso, oli e altri contaminanti anche da
oggetti a geometria molto particolare, fessure e fori. Possono essere applicati su praticamente tutti i
materiali comprese parti elettroniche.
La natura dei bagni di immersioni nei quali sono posti i pezzi sottoposti a trattamento ultrasuoni è alquanto
ampia comprendendo: acqua, soluzioni acquose neutre, acide e basiche, emulsioni e miscele solventi. La
velocità del processo è regolabile, le vasche possono essere dimensionate per contenere parti di dimensioni
diverse.
La pulizia mediante ultrasuoni sfrutta l'energia generata da onde sonore (20 - 40 kHz) che creano bolle di
cavitazione all'interno di un liquido. In corrispondenza delle zone di depressione la temperatura di ebollizione
si riduce dando origine a migliaia di microscopiche bollicine di vapore che continuano a gonfiarsi fino a
raggiungere dimensioni visibili (dell’ordine del millimetro). La vibrazione e il collasso di tali bolle, determinata
dal fatto che la pressione interna è minore di quella del liquido, produce un'energica azione meccanica nelle
immediate vicinanze (700 atm di pressione e temperature di circa 11000 °C) che risulta efficace per la
rimozione di gran parte dei contaminanti possibili. Questo fenomeno, detto “cavitazione” dura qualche
milionesimo di secondo e si ripete in continuo, esso è maggiore nei punti in cui si vengono a creare delle
discontinuità (liquido-oggetto, liquido-aria). Intorno all’oggetto da lavare, circondato da migliaia di bollicine,
si crea così una zona di cavitazione molto intensa. L’implosione delle bollicine esercita un martellamento a
livello quasi molecolare che rimuove ogni impurità anche se trattenuta in fori o porosità della superficie.
Un sistema ad ultrasuoni si compone di: una vasca, un generatore di ultrasuoni e un liquido detergente
(acquoso o a base di solvente), cui possono essere aggiunti particolari additivi per aumentare il potere
pulente. Per ogni soluzione/solvente impiegato esiste una temperatura operativa ottimale; le soluzioni
acquose danno buone prestazioni nell’intervallo di 50-60 °C.
Per generare nel liquido le vibrazioni ultrasoniche si usano delle unità radianti ermetiche, immerse nel
liquido, contenenti dei trasduttori elettro-acustici che trasformano in vibrazioni acustiche, cioè meccaniche, le
onde elettriche prodotte da un generatore ad alta frequenza. I migliori impianti a ultrasuoni possono essere
69
forniti, a scelta con più frequenze di funzionamento.
I sistemi ad ultrasuoni sono utilizzati sovente in sistemi di pulizia integrati, caratterizzati dalla presenza di più
sistemi di pulizia (immersione, spray, etc.) o anche congiuntamente al risciacquo come trattamento finale.
La pulizia avviene solo laddove il liquido raggiunge il pezzo da trattare, posizione, dimensioni e forma del
pezzo influenzano quindi l’efficienza del processo. Sebbene infatti questa tecnologia offra ottimi risultati nella
pulizia di fori e fessure, qualora questi non siano raggiunti dal liquido detergente (per esempio perché
l’apertura del foro è schiacciata alla base della vasca) l’azione pulente sarà nulla. Un altro problema che si
può presentare è che le onde sonore non riescano a raggiungere, perché schermate o attutite, il pezzo. Per
questo motivo nel caso in cui sia necessario trattare grossi volumi di pezzi di limitate dimensioni sarebbe
opportuno farlo poco per volta con brevi cicli, infatti in questi casi le onde sonore potrebbero essere fermate
dai primi strati di pezzi con la conseguente non omogeneità del grado di pulizia dell’intero lotto. La tendenza
di oli densi e grassi di assorbire l’energia ultrasonica può limitare la loro rimozione.
Questa tecnologia può causare erosione dei materiali, si possono inoltre verificare danni generati da
fenomeni di risonanza su parti particolarmente fragili. L'erosione dipende da diversi fattori: temperatura del
bagno, tipo di solvente, durezza del materiale, finitura della superficie, tempo del trattamento ad ultrasuoni.
Altri limiti che possono essere incontrati con l’utilizzo di questa tecnologia sono accennati nel seguente
elenco:
• l’energia associata agli ultrasuoni provoca un innalzamento della temperatura della soluzione
detergente per cui sono necessari termostati e sistemi di raffreddamento per mantenere la
temperatura in un intervallo definito. La temperatura infatti non dovrebbe avvicinarsi troppo al punto
di ebollizione del liquido detergente, pena una riduzione dell’efficienza di cavitazione;
• È necessario testare le diverse combinazioni di concentrazione della soluzione e frequenza
ultrasonica al fine di ottenere quella maggiormente efficiente;
• Per quanto riguarda i componenti elettronici è preferibile utilizzare frequenze più alte per una pulizia
più delicata e meno impattante.
• Nel caso siano aggiunti additivi chimici (in particolare tensioattivi) è necessario sia predisposto un
sistema per la limitazione e il controllo della produzione di schiuma
L’efficienza e la velocità del processo di pulizia con ultrasuoni permette di utilizzare soluzioni acquose o
semiacquose eliminando quindi la necessità di ricorrere a solventi. I maggiori impatti ambientali dipendono
quindi dalla natura del bagno di immersione e dalla presenza di un sistema di depurazione e riutilizzo che
riduca i consumi idrici e i quantitativi di reflui prodotti.
Gli impatti ambientali legati a questa tecnologia dipendono da due fattori e cioè:
1.
natura chimica della soluzione solvente utilizzata;
2.
sistema di depurazione e riutilizzo della soluzione solvente.
La tipologia di soluzione solvente influenza:
• la natura e la pericolosità delle emissioni atmosferiche convogliate e diffuse;
• la pericolosità dei rifiuti prodotti;
• la necessità e la tipologia degli appropriati sistemi di aspirazione e abbattimento;
• i requisiti di prevenzione antincendio e delle emergenze e di salubrità degli ambienti di lavoro;
• i consumi idrici (nel caso siano utilizzate soluzioni acquose o semi acquose);
• la necessità di un sistema di essiccamento;
• la necessità di trattamenti per lo scarico dei reflui in fognatura;
• i requisiti dei trasportatori e smaltitori di rifiuti.
È possibile che nelle acque reflue siano presenti metalli derivati da erosione delle superfici trattate nel
processo, occorre analizzare i reflui prima di smaltirli in modo da indirizzarli al miglior trattamento.
Dalla presenza di un sistema di depurazione della soluzione contaminata e di riutilizzo della stessa dipende:
• la quantità di rifiuti prodotti;
• il consumo di materia prima (solventi, acqua, acidi, additivi, alcali, etc.).
I consumi energetici legati a questa tecnologia possono essere significativi, dipendono da diversi fattori tra
cui: dimensioni, tipo di trasduttore, grado di pulizia richiesto, presenza di sistema di essiccamento, etc.
Nei moderni impianti ad ultrasuoni i generatori sono dotati di una modulazione sinusoidale. Con tale
accorgimento si sono notate rese di lavaggio uguali ad un impianto ad ultrasuoni non modulato di potenza
quattro volte maggiore. Notevole è quindi il risparmio energetico.
I requisiti di sicurezza a cui l’azienda deve ottemperare dipendono in larga misura dalla natura e dalla
pericolosità della soluzione che costituisce il bagno di immersione.
A questo si aggiunge il rumore, maggiore al decrescere delle frequenze, provocato da risonanze e
subarmoniche della vasca di lavaggio. Esistono diversi accorgimenti costruttivi in grado di ridurre rumore e
vibrazioni:
• costruzione delle pareti interne in acciaio inossidabile;
70
•
coibentazione termoacustica, sulle pareti e sul fondo della vasca, con pannelli di poliuretano espanso
ad alta densità;
• costruzione delle pareti esterne e del bordo della vasca con pannelli di un materiale plastico
(polipropilene, PVC);
• assenza, all’esterno della vasca, di parti metalliche collegate alle pareti interne della vasca.
Poiché il rumore potrebbe essere elevato sarebbe necessario effettuare le dovute analisi al fine di dotarsi
degli opportuni accorgimenti per la sicurezza dei lavoratori.
Gli ultrasuoni a contatto con la pelle sono dannosi.
Pulizia con megasuoni
Il lavaggio attraverso megasuoni è utilizzato per la rimozione di particelle anche con diametro inferiore a 0,3
micron. Il trattamento a megasuoni varia da 10 a 30 minuti dipendentemente dal grado di contaminazione
dei pezzi, dal livello di pulizia richiesto, dal tipo di soluzione solvente, etc. Il riscaldamento del bagno migliora
l’efficienza del lavaggio. L’azione meccanica esercitata da onde sonore ad alta frequenza (700 – 1000 kHz)
facilita la rimozione del particolato presente sui pezzi da trattare. Il lavaggio avviene in una vasca nella quale
sono immersi i pezzi, il bagno di immersione può essere di varia natura, da acqua pura alle diverse soluzioni
acquose e semi acquose fino a miscele solventi.
Diversamente dagli ultrasuoni l’applicazione di megasuoni non implica la generazione del fenomeno della
cavitazione in grado di danneggiare, in alcuni casi, i materiali sottoposti a trattamento, questo tipo di
lavaggio è quindi indicato per il lavaggio di materiali o pezzi delicati sensibili agli ultrasuoni. L’assenza del
fenomeno di cavitazione fa si che il lato dell’oggetto non rivolto verso il trasduttore non sia influenzato dalle
onde sonore, l’orientamento dei pezzi rispetto alla sorgente di onde diviene quindi una variabile importante.
Altre variabili fondamentali di questo processo sono il tempo di esposizione e la potenza delle onde sonore,
all’aumentare di queste si riduce il tasso di rideposizione delle particelle. Il lavaggio a megasuoni è spesso
utilizzato anche per migliorare l’efficienza dei detergenti.
Gli impatti ambientali legati a questa tecnologia dipendono da due fattori e cioè:
1. natura chimica della soluzione solvente utilizzata;
2. sistema di depurazione e riutilizzo della soluzione solvente.
La tipologia di soluzione solvente influenza:
• la natura e la pericolosità delle emissioni atmosferiche convogliate e diffuse;
• la pericolosità dei rifiuti prodotti;
• la necessità e la tipologia degli appropriati sistemi di aspirazione e abbattimento;
• i requisiti di prevenzione antincendio e delle emergenze e di salubrità degli ambienti di lavoro;
• i consumi idrici (nel caso siano utilizzate soluzioni acquose o semi acquose);
• la necessità di un sistema di essiccamento;
• la necessità di trattamenti per lo scarico dei reflui in fognatura;
• i requisiti dei trasportatori e smaltitori di rifiuti.
Dalla presenza di un sistema di depurazione della soluzione contaminata e di riutilizzo della stessa dipende:
• la quantità di rifiuti prodotti;
• il consumo di materia prima (solventi, acqua, acidi, additivi, alcali, etc.).
I consumi energetici sono influenzati principalmente dal sistema di essiccamento se presente.
Per quanto riguarda la sicurezza possono essere necessari dispositivi di protezione dal rumore.
Processi abrasivi di pulizia
I processi di pulizia meccanici si basano sulla capacità di particelle solide veicolate da aria (processi a secco)
o acqua (processi ad umido) in pressione di asportare per abrasione contaminanti solidi o strati coprenti.
La gamma di mezzi abrasivi è alquanto vasta comprendendo sfere o aghi metallici, particelle vetrose o
plastiche, bicarbonato di sodio, ghiaccio, fiocchi di CO2, e ancora gusci di noci e arachidi, amido di grano,
etc.
Le tecniche di rimozione attraverso pulizia meccanica non fanno uso di solventi né in generale di sostanze
pericolose se si escludono alcuni mezzi abrasivi polverulenti che possono essere infiammabili ed esplosivi (es.
amido di grano). Questi sistemi possono funzionare a ciclo chiuso, è quindi possibile il riutilizzo del mezzo
abrasivo; poiché però esso tende a usurarsi, il riciclo è possibile per un numero di volte (di solito 10-12
volte) che dipenderà dalla durezza del rivestimento da rimuovere e da quella del mezzo stesso.
Sono utilizzati per rimuovere ruggine, scorie solide, ossidi superficiali, e per le operazioni di sverniciatura, e
sono particolarmente indicati per i trattamenti di ampie superfici (es. sverniciatura di navi, aerei, etc.), non
danno invece sempre risultati soddisfacenti nella rimozione di contaminanti liquidi.
71
Rispetto ai processi a secco quelli ad umido (in cui il veicolo delle particelle abrasive è l'acqua) risultano più
adatti alla pulizia di parti meno estese e più delicati. Tali processi risultano efficaci per rimuovere fini
bavature di parti di precisione, piccoli segni, scaglie minute, imperfezioni da fresatura e saldatura.
La gamma di mezzi abrasivi è alquanto vasta per dimensioni e natura chimica, la maggior parte dei mezzi
abrasivi è insensibile a variazioni di temperatura e umidità. Il mezzo abrasivo è riciclabile, il trattamento di
materiali o strati coprenti particolarmente duri può ridurre il numero dei trattamenti per i quali è utilizzato.
I processi di stripping meccanico sono più veloci di quelli chimici, sono utilizzati inoltre per trattare materiali
soggetti a sensibilità da idrogeno. Uno stripping efficiente necessita di più trattamenti piuttosto che di un
continuo attacco in una sola area, operazione quest’ultima che potrebbe causare surriscaldamento e
danneggiamento al substrato. La durata del trattamento dipende dalla durezza del rivestimento da asportare
e dal suo spessore.
Tra i limiti di queste tecnologie ricordiamo che esse non sono sempre consigliate per il trattamento di parti
delicate o per lavori di precisione e che alcuni materiali possono andare incontro ad incrudimento della
superficie. La qualità del risultato finale dipende inoltre dall’esperienza e dall’abilità degli addetti.
Le variabili più importanti da prendere in considerazione che influenzano la praticabilità della pulizia con
abrasivi per ogni applicazione sono: pressione, flusso del mezzo abrasivo, distanza dal getto, tipo di sporco
da rimuovere, materiali di substrato e loro spessore, selezione del mezzo abrasivo e delle relative dimensioni,
dimensioni dell’ugello del flusso, angolo di applicazione del flusso.
La produzione di rifiuti è quindi di solito alquanto limitata comprendendo il rivestimento o contaminante
rimosso e parte del mezzo abrasivo. La pericolosità dei rifiuti dipende da ciò che è stato rimosso mentre le
emissioni atmosferiche sono caratterizzate dalla presenza di particelle fini che è possibile intrappolare in
appositi filtri. Nel caso in cui si faccia uso di sistemi ad umido sistemi di separazione permetteranno il riciclo
dell’acqua.
Per quanto riguarda la sicurezza dei lavoratori le maggiori preoccupazioni riguardano la presenza negli
ambienti di lavoro di particelle fini sospese che, se respirate, possono provocare danni al sistema
respiratorio. Possono essere necessari dispositivi di protezione acustica.
Abrasivi Plastici
L’utilizzo di mezzi abrasivi plastici rimpiazza lo stripping chimico e l’utilizzo di sabbia nelle operazioni di
sverniciatura e rimozione di contaminanti solidi. Esiste un’ampia varietà di abrasivi plastici ognuna con
durezze diverse (da 3 fino a 7 nella scala di Mohs).
Tra le principali tipologie di abrasivi plastici ricordiamo:
• Poliestere;
• Melammina;
• Acrilico;
• Carbonato di glicol-poliallilico.
La possibilità di variare questo parametro permette una rimozione selettiva degli strati di rivestimento, sulla
base della durezza dei vari strati e delle particelle utilizzate. Per questo gli abrasivi plastici sono
particolarmente indicati per il trattamento di superfici delicate, in alluminio, ottone, rame, acciaio in strato
sottile, titanio, fibra di vetro ma anche compositi e plastiche e per tutte le superfici per le quali non è
possibile utilizzare lo stripping chimico. La pressione di applicazione varia da 1,4 a 2,7 atm. Non rimuove la
corrosione.
Gli abrasivi plastici possono essere riutilizzati più volte (di solito 10-12 volte) prima che si consumino
diventando troppo piccoli per essere efficacemente utilizzati. Il recupero avviene attraverso un ciclone
separatore, filtrazione dell’aria, setacciatura a vibrazione, e separazione magnetica. I rifiuti sono costituiti da
parte del mezzo abrasivo e dalla vernice (o altro contaminante) rimossa, possono essere considerati
pericolosi in particolare in presenza di metalli pesanti.
Sarebbe inoltre importante evitare prodotti (es. formaldeide) ritenuti cancerogeni, mutageni, teratogeni o
sospetti tali.
Amido di grano
L’amido di grano è simile nell’aspetto agli abrasivi plastici, è però caratterizzato da una minore durezza che
lo rende efficace nella rimozione di diverse tipologie di strati (es. vernici) da grafite, fibra di vetro, e Kevlar
senza rischio di danneggiamento del substrato. La pressione di applicazione è di solito minore a 2,3 atm. La
pulizia con questo mezzo è molto controllabile tanto che è possibile rimuovere uno strato alla volta. Migliora
l’efficienza con l’uso.
72
Tra i limiti di questo mezzo ricordiamo che esso non permette tassi di rimozione particolarmente elevati,
inoltre piccoli livelli di contaminazione di particelle più dense nel mezzo possono poi ritrovarsi su superfici
ruvide del prodotto finito. Il recupero del mezzo abrasivo può necessitare di un sistema complesso.
L’amido di grano è una risorsa rinnovabile, biodegradabile e non tossica. I rifiuti, stimati intorno al 5% del
volume iniziale, possono essere trattati in un bioreattore con produzione di biogas (da utilizzare per il
riscaldamento o attraverso cogenerazione anche per la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile).
I contaminanti sono rimossi mediante filtrazione (per i residui solidi) mentre i metalli sono estratti tramite
resine a scambio ionico.
Per quanto riguarda la sicurezza è da notare che le polveri di amido di grano sono infiammabili ed esplosive,
sarà quindi necessario ottemperare a tutti i requisiti richiesti in materia di prevenzione incendi.
Schiume abrasive
Esiste la possibilità di utilizzare come mezzo abrasivo schiume mischiate a sabbia o altro materiale abrasivo.
La schiuma uretanica a base d’acqua è utilizzata per rimuovere contaminanti, vernice, strati protettivi e
ruggine. È anche utilizzata per irruvidire metalli e cemento. Il materiale abrasivo ad essa mischiato include
ossidi di alluminio, acciaio, plastica e granato.
L’equipaggiamento consiste in due moduli trasportabili: l’unità di alimentazione della schiuma e quella di
depurazione. Nella prima la schiuma è mischiata all’aria compressa che permette la propulsione. Variando la
pressione e il tipo di schiuma è possibile regolare la forza abrasiva, ciò permette di rimuovere dalla fuliggine
delle carte da parati agli strati ad alta protezione su cemento o acciaio.
L’unità di depurazione serve a dividere dal mezzo abrasivo sia detriti di maggiori dimensioni che i residui
polverulenti. La depurazione avviene grazie ad una serie di setacci automatici vibranti che dividono il mezzo
abrasivo (che può essere immesso nell’unità di alimentazione e riutilizzato) e i diversi detriti (polvere di
ruggine, vernice, etc.) che sono collocati in un contenitore per i rifiuti. Le schiume normalmente possono
essere riutilizzate da 6 a 12 volte.
Per quanto riguarda l’impatto ambientale e quello relativo alla sicurezza è da notare che si tratta di un mezzo
abrasivo più salubre di altri in grado di ridurre la generazione di polvere.
Bicarbonato di sodio
L’utilizzo di bicarbonato di sodio è alternativo allo stripping chimico. È caratterizzato da un peso specifico
maggiore rispetto alla maggior parte degli abrasivi plastici ma anche da una minore durezza. Può essere
utilizzato sia in sistemi ad umido (più frequentemente) che a secco.
Nei sistemi ad umido l’acqua, oltre a contribuire nella rimozione attraverso l’azione idraulica, elimina la
formazione di polvere e raffredda la superficie del materiale che altrimenti si scalderebbe per il contatto con
l’abrasivo ad alta pressione. La velocità di rimozione è normalmente minore rispetto ad altri sistemi di
rimozione con abrasivo utilizzati, le superfici da trattare non necessitano solitamente di prelavaggio.
Il bicarbonato di sodio non è riciclabile come mezzo abrasivo. La generazione di rifiuti o la necessità di
gestire scarichi liquidi rappresentano i problemi ambientali di maggior rilievo.
Per quanto riguarda i sistemi ad umido attraverso sedimentazione o filtrazione è possibile separare il residuo
solido dall’acqua; in alcuni casi sono utilizzati sistemi di ultrafiltrazione che permettono di ridurre al massimo
i quantitativi di rifiuti. L’acqua contenente bicarbonato di sodio può essere trattata in un impianto di
trattamento per poi essere scaricata.
L’utilizzo di bicarbonato di sodio in sistemi a secco può creare nuvole di polveri che necessitano di
monitoraggio e di un contenimento. Il bicarbonato non è tossico, né infiammabile, nella polvere possono
essere però presenti elementi tossici contenuti nelle vernici rimosse che dovranno essere rimosse e
contenute. I rifiuti generati con questa tecnica saranno costituiti da polvere, vernice, grasso e altri residui, la
pericolosità di tale rifiuto sarà funzione del tipo di strato coprente o contaminante rimosso.
La presenza di polvere rappresenta il maggior rischio per gli addetti sia per l’apparato respiratorio che visivo,
è quindi necessario adeguarsi propriamente.
Pellets di CO2
Il trattamento avviene tramite il bombardamento con pezzi di ghiaccio secco (pellets) che sono sparati sulla
superficie da getti d'aria o di altri gas; questa tecnologia costituisce un'alternativa alla sabbiatura e alla
granigliatura benché non possa essere tecnicamente considerata un processo abrasivo. L’applicazione può
essere manuale o automatizzata. I pellets di CO2 sono utilizzati per la pulizia di gomme, leghe metalliche,
vetroresina, mattoni, plastiche e ceramiche di cui rimuovono vernice e altri strati coprenti, adesivi, sigillanti,
ruggine, grasso ed olio. È una tecnica efficace nella pulizia di precisione. Non si ha danneggiamento della
maggior parte dei materiali (a meno che non si tratti di superfici molto sottili) mentre è opportuno verificare
73
la risposta allo shock termico dei materiali, l’utilizzo di pellets rende non necessario lo smontaggio delle parti
da pulire nonché la pulizia dai residui del materiale abrasivo (come può accadere con la sabbia).
Le dimensioni dei pellets, la velocità e il flusso sono variabili importanti che sarà utile regolare in modo da
ottimizzare il processo per quanto riguarda l'efficacia di rimozione e il potenziale danneggiamento dei
materiali.
Questa tecnologia è stata utilizzata, congiuntamente ai trattamenti con lampada allo xenon, per la
sverniciatura di lamiere di alluminio e materiali compositi.
Il processo non genera CO2 ex novo, essa è infatti normalmente recuperata da altri processi industriali ed è
inoltre riciclabile.
I rifiuti prodotti nel processo constano esclusivamente del materiale rimosso in quanto i pellets sublimano.
Per quanto riguarda la sicurezza si ricorda che i livelli di rumore possono essere elevati.
È inoltre necessario prendere le dovute cautele per evitare che le scorie di vernice o altri contaminanti siano
proiettati sugli addetti o nelle aree di lavoro.
Fiocchi di CO2
Questa tecnica permette una pulizia meno aggressiva rispetto all’utilizzo dei pellets, è utilizzata per la
rimozione ad elevatissimo livello di particelle e sottili strati di grasso (es. impronte di dita) a livelli
microscopici (0,1 – 10 micron) da materiale delicato e sensibile senza che questi debbano essere
disassemblati. Non è invece un processo indicato per pulire superfici che presentino eccessivi carichi di
residuo e contaminanti, parimenti per quanto riguarda gli oli pesanti essi necessitano, per essere
completamente rimossi, di una fase di prelavaggio.
Alcuni fucili generatori di fiocchi sono progettati per trattare fori ciechi di piccole dimensioni (diametro
minore di 0,6 cm). La dimensione e l’intensità di impatto dei fiocchi di CO2 è regolabile entro un ampio
spettro. Uno dei limiti dell’utilizzo di CO2 può essere la necessità di purificarla, essa tende infatti a dissolvere i
contaminanti all’interno dei contenitori in cui è stoccata.
Il raffreddamento delle superfici, dovuto per esempio a pause lunghe, può causare la condensazione e
deposizione delle impurità trasportate dall’aria sulle superfici pulite.
L'equipaggiamento richiesto per questo tipo di tecnologia richiede: una sorgente di CO2 gassosa, un
purificatore del gas (opzionale) e un fucile generatore di fiocchi di CO2 ghiacciata. Come sorgente di CO2
possono essere utilizzati i fumi di saldatura, purché opportunamente purificati.
Il processo non genera CO2 ex novo, essa è infatti normalmente recuperata da altri processi industriali ed è
inoltre riciclabile.
I rifiuti prodotti nel processo constano esclusivamente del materiale rimosso che è concentrato laddove i
fiocchi sublimano e può essere così più facilmente raccolto.
Il processo non è infiammabile né tossico e non causa apparenti reazioni chimiche.
Tecnica: Spazzolatura
La spazzolatura può avvenire sia manualmente che attraverso sistemi altamente automatizzati, è una tecnica
efficace per la rimozione di scorie, ruggine, vernice, metalli in eccesso in seguito ad attività di saldatura,
bavature ed altri materiali aderenti alla superficie da pulire. Altre applicazioni nelle quali ha trovato impiego
sono la preparazione di superfici metalliche o in legno alla verniciatura nonché l’ultra-pulizia per la rimozione
di particelle finissime (per strofinamento). Attraverso l’utilizzo di fibre o tessuti e con l’ausilio di creme a
debole potere abrasivo è poi possibile lucidare superfici metalliche nude o verniciate. Questa tecnica non è
adatta alla rimozione di contaminanti fluidi.
Il processo si basa sull’azione meccanica indotta dallo strofinamento di spazzole sulla superficie da pulire. Le
spazzole sono costituite da fili metallici, setole animali o materiali sintetici (fibre o tessuti) che possono
essere eventualmente impregnate di polveri abrasive.
Questo processo non comporta l’utilizzo di sostanze contenenti COV, le uniche emissioni atmosferiche
presenti sono di natura polverulenta. I rifiuti prodotti sono alquanto ridotti limitandosi perlopiù ai
contaminanti rimossi, dai quali dipende la pericolosità del rifiuto stesso, e alle parti abrasive consumate. I
consumi energetici dipendono dal grado di automazione.
Le polveri prodotte, in particolar modo le più fini, possono essere dannose per l’apparato respiratorio, è
quindi opportuno dotare gli addetti delle adeguate protezioni.
74
Tecnica: Getti ad alta pressione
I getti ad alta pressione sono utilizzati per la pulizia sia di pezzi di precisione che di materiale grossolano,
nonché per lo strippaggio meccanico di vernici e altri strati coprenti per i quali sono utilizzate pressioni molto
alte, superiori anche a 680 atm. I livelli di pulizia che permette questa tecnica, ideale inoltre per la rimozione
di residui in cavità cieche e fori occlusi, sono elevati. Dal livello di pulizia desiderato dipenderà l’efficienza del
sistema filtrante.
Tra i limiti dei getti ad alta pressione ricordiamo che è possibile si abbia una rideposizione del contaminante
a causa del rimbalzo del getto liquido, inoltre nella soluzione dovrà essere accuratamente evitato qualsiasi
agente schiumogeno.
Alcuni sistemi di getti ad alta pressione utilizzati principalmente per la sverniciatura utilizzano pressioni che
arrivano anche alle 3.700 atmosfere. In questo caso si usa solitamente acqua deionizzata, questa tecnica è
in grado di rimuovere i rivestimenti strato per strato. Il sistema di depurazione dell’acqua ha in aggiunta un
sistema di rimozione che permette la raccolta di metalli pesanti (es. rame o piombo), cloruri, solfati, nitrati,
etc. Prima del riutilizzo è necessaria una nuova deionizzazione. I vantaggi legati a questa tecnica sono la
riduzione del 90% della generazione di rifiuti pericolosi e del 50 % del tempo necessario allo stripping
completo. Non sono inoltre solitamente necessari prelavaggi. Attraverso questa tecnica è possibile rimuovere
uno strato alla volta. Può non rimuovere la corrosione.
L’equipaggiamento relativo a questa tecnica di pulizia è costituito dal liquido pulente, una pompa ad alta
pressione con filtro annesso, la parte finale rigida fornita di diversi ugelli intercambiabili e una vasca di
accumulo. L’applicazione può avvenire sia manualmente che in modo automatizzato.
La soluzione pulente comunemente utilizzata è acqua, alla quale è possibile aggiungere additivi, acidi o basi
per migliorarne l’efficacia nella rimozione di particolari tipi di residui. La forza pulente dipende pressoché
esclusivamente dalla forza del getto la cui pressione è di norma maggiore alle 34 atm per le operazioni di
lavaggio/sgrassaggio mentre si attesta oltre le 1000 atm per le operazioni di sverniciatura, per questo la
natura chimica del liquido ha un’importanza molto relativa.
L'efficacia della tecnologia dipende dalla forza con cui il getto è inviato sulla superficie, la potenza è regolata
dalla dimensione dell'ugello e dalla velocità del flusso, altre variabili importanti sono il tempo e l’angolo di
applicazione del flusso, il tipo di ugello e la natura del liquido pulente. Questa tecnologia può essere
utilizzata da sola o integrata ad altri sistemi.
Trattandosi di un sistema a getto ad alta pressione il consumo idrico può risultare notevole, per questo sono
predisposti sistemi di separazione dal contaminante e ricircolo della soluzione depurata. Il contaminante
rimosso è poi smaltito come rifiuto. L’impatto ambientale dipende poi in larga parte dalla natura del liquido
(acqua, soluzioni acide o basiche); la soluzione contaminata inoltre, eventualmente non più riciclabile, dovrà
essere trattata prima dello scarico dipendentemente dal contaminante presente e dalla natura del liquido
(nel caso di soluzioni acide o basiche potrebbero essere necessari aggiustamenti del pH).
Per quanto riguarda la sicurezza, tre sono gli aspetti più importanti da prendere in considerazione:
• alcune sostanze chimiche divengono infiammabili ed esplosive quando spruzzate ad alta pressione;
• un getto ad alta pressione può essere dannoso per gli operatori;
• soluzioni acide o basiche possono essere irritanti e corrosive, alcuni additivi sono tossici.
Tecnica: Getti a bassa pressione
I getti a bassa pressione sono comunemente utilizzati per rimuovere detriti già parzialmente intaccati, per
sciogliere lo sporco e per il risciacquo. L’azione pulente è anche in questo caso dovuta sia (perlopiù) alla
forza meccanica del getto che alla natura chimica del liquido pulente in grado di assicurare una migliore
efficacia allorquando il contaminante sia solubile nella soluzione. Come nel caso dei getti ad alta pressione
dovranno essere evitati additivi schiumogeni.
75
Questo tecnica è spesso utilizzata in concomitanza con altri sistemi di pulizia (ultrasuoni, getti ad alta
pressione), come in tutti i casi in cui si fa uso di soluzioni acquose può essere necessario un sistema di
essiccamento dei pezzi.
I getti a bassa pressione non sono in grado di rimuovere particelle strettamente adese alle superfici.
In questo caso la pressione del liquido pulente varia tra 13 – 20 atm., l’applicazione può essere sia manuale
che automatica. L’equipaggiamento comprende la soluzione liquida, la vasca di accumulo, la pompa con
annesso filtro e una parte terminale rigida dotata di ugello. Come soluzione è possibile utilizzare acqua,
soluzioni acquose (neutre, acide o basiche) o solventi. Altre variabili del sistema sono il tipo di ugello, il
flusso e il tempo di applicazione.
Come nel caso dei getti ad alta pressione, e a maggior ragione dato il possibile utilizzo di solventi, gli impatti
ambientali di questa tecnologia dipenderanno dalla natura della soluzione utilizzata. Anche in questo caso
inoltre la presenza di un sistema di depurazione e riutilizzo permetterà minori consumi di sostanze chimiche.
Gli impatti sono quindi legati a questi due fattori:
• natura chimica della soluzione solvente utilizzata;
• sistema di depurazione e riutilizzo della soluzione solvente.
La tipologia di soluzione solvente influenza:
• la natura e la pericolosità delle emissioni atmosferiche convogliate e diffuse;
• la pericolosità dei rifiuti prodotti;
• la necessità e la tipologia degli appropriati sistemi di aspirazione e abbattimento;
• i requisiti di prevenzione antincendio e delle emergenze e di salubrità degli ambienti di lavoro;
• i consumi idrici;
• la necessità di un sistema di essiccamento;
• la necessità di trattamenti per lo scarico dei reflui in fognatura;
• i requisiti dei trasportatori e smaltitori di rifiuti.
Dalla presenza di un sistema di depurazione della soluzione contaminata e di riutilizzo della stessa dipende:
• la quantità di rifiuti prodotti;
• il consumo di materia prima (solventi, acqua, acidi, additivi, alcali, etc.).
Per quanto riguarda la sicurezza, tre sono gli aspetti più importanti da prendere in considerazione:
• alcune sostanze chimiche divengono infiammabili ed esplosive quando spruzzate ad alta pressione
(es. solventi);
• soluzioni acide o basiche possono essere irritanti e corrosive, alcuni additivi sono tossici;
• nel caso venga fatto uso di solventi sarà necessario ottemperare ai requisiti richiesti di sicurezza
degli operatori a causa delle significative emissioni che un sistema come questo produce.
La pulizia attraverso getto a bassa pressione che utilizzi solventi puri è sconsigliata in sistemi che non sia
automatizzati, chiusi e senza un sistema di depurazione – riutilizzo a causa del forte consumo di sostanze
pericolose per l’ambiente, per la produzione di rifiuti pericolosi, per il forte impatto sulla salubrità degli
ambienti di lavoro (il getto provoca infatti un consistente aumento della volatilità).
Tecnica: Lavaggio a vapore
Lo sgrassaggio a vapore è una tecnica utilizzata per la rimozione di contaminanti solubili in acqua, oli
pesanti, grassi, particolato e sporco resistente da parti meccaniche e dispositivi. Normalmente il lavaggio a
vapore è effettuato con acqua, sono infatti calore e pressione del vapore i fattori determinanti del distacco e
della rimozione del contaminante. Possono essere altresì aggiunti additivi quali detergenti alcalini,
emulsionanti, inibitori della ruggine che migliorano l’efficacia pulente o conferiscono all’oggetto proprietà utili
(es. resistenza alla formazione di ruggine).
Questa tecnica è, di solito, applicata manualmente, il processo risulta molto utile per la pulizia saltuaria di
pezzi di dimensioni rilevanti e se i ritmi di produzione non giustificano l’acquisto di sistemi a spruzzo,
generalmente costosi. Nel caso in cui il carico contaminante sia elevato potrebbe essere utile un
pretrattamento tramite immersione in bagno pulente. La tecnica di applicazione è semplice e l’attrezzatura è
facilmente trasportabile e poco ingombrante.
Questo metodo di lavaggio non permette di trattare materiali sensibili alle temperature elevate e all’umidità
(es. penetrazione dell’acqua all’interno di giunture e zone saldate). Soluzioni ricche di silicati possono
formare incrostazioni nell’equipaggiamento.
76
Il vapore surriscaldato in pressione è fatto venire a contatto con il pezzo da trattare fino a raggiungere una
elevata temperatura superficiale che accelera l’emulsione, il distacco e la rimozione dei residui; questa è poi
mantenuta fino a completa evaporazione o liquefazione dei residui.
La maggior parte delle macchine lavatrici e a vapore funzionanti con solventi organici possono essere
convertite all’utilizzo di soluzioni acquose.
Gli impatti ambientali relativi al lavaggio con vapore dipendono dal tipo di contaminante da rimuovere, dalle
sostanze chimiche addizionate all’acqua per migliorarne l’efficienza pulente e dalla quantità di vapore
prodotto che, una volta condensato, dovrà essere raccolto e trattato prima dello scarico.
Dalla natura del contaminante da rimuovere e da quella della soluzione vaporizzata dipende il tipo di
trattamento necessario alla depurazione della soluzione contaminata prima dello scarico. La natura dei reflui
liquidi è, nel caso del lavaggio a vapore, comunemente compatibile con i più diffusi impianti di depurazione
acque adottati nelle aziende. Infine la quantità di vapore prodotto influenza i consumi idrici che possono
essere comunque ridotti al minimo nel caso la depurazione del condensato sia finalizzata ad un riutilizzo
dello stesso in altri cicli di lavaggio. In questo caso inoltre è possibile ridurre il consumo energetico per la
produzione di vapore (in quanto viene vaporizzata acqua già calda) o attraverso uno scambiatore di calore
per il riscaldamento degli ambienti di lavoro.
Rispetto a tecniche di pulizia che fanno uso di solventi in questo caso il consumo di sostanze pericolose e la
generazione di rifiuti pericolosi è decisamente limitato così come non risultano particolarmente inquinanti le
emissioni atmosferiche costituite prevalentemente da vapor acqueo.
Qualora tale tecnica sia utilizzata all’aperto è necessario prevenire la contaminazione del suolo causata dal
percolamento di vapore condensato e dei contaminanti rimossi.
La rumorosità può essere elevata.
Tecnica: Sistemi chiusi di pulizia con utilizzo di vapore (CEVC)
Le macchine lavatrici a vapore possono utilizzare sia soluzioni acquose che solventi. La gamma di
contaminanti che è possibile rimuovere è quella tipica di tutti i sistemi a vapore (grassi, oli, particolato, ecc.)
A differenza di altri sistemi questo processo è completamente automatizzato (se si esclude la fase di carico e
scarico dei pezzi), non sono presenti inoltre tempi morti o interruzioni del lavoro significative.
A causa dei continui cicli di riscaldamento/raffreddamento a parità di capacità la durata dei cicli di pulitura è
maggiore, il tempo necessario può infatti variare da un minimo di 8 minuti ad un massimo di 40 secondo la
massa totale del carico e dal tipo di metallo.
I pezzi da trattare sono posti in una camera ermetica all’interno della quale sono fatti entrare i vapori della
soluzione solvente utilizzata. Terminato il processo i vapori sono evacuati, fatti passare attraverso un sistema
di raffreddamento e successivamente filtrati su carbone attivo. I pezzi puliti sono così estratti senza che
avvenga alcuna emissione non controllata. Un timer inizia la fase di riscaldamento del solvente in anticipo
rispetto all’inizio del ciclo di lavaggio, raggiunta la temperatura ideale il vapore è immesso nella camera
ermetica dove sono presenti i pezzi, il contatto causa la condensazione del vapore che insieme a oli e grassi
è collettato attraverso un’apertura presente sul fondo della camera ermetica. Quando i pezzi raggiungono la
temperatura del vapore non avviene più condensazione, a questo punto l’entrata di nuovo vapore viene
impedita e l’aria nella camera viene fatta ricircolare in un serpentino di raffreddamento per condensare il
solvente che è raccolto. Il carbone attivo è a questo punto riscaldato in modo che i solventi adsorbiti nelle
fasi precedenti siano rilasciati e possano essere raffreddati. Il carbone attivo inizia ad adsorbire i solventi
eventualmente presenti nella camera ermetica, il ciclo continua fino a che la concentrazione dei solventi
nell’aria misurata da apposito sensore non risulti sufficientemente bassa. Solo ora è possibile aprire lo
sportello dalla quale sfuggirà, unica emissione del processo, una minima parte di solventi.
L’impatto ambientale e quello sulla salubrità degli ambienti di lavoro e la salute degli operatori delle
macchine lavatrici a vapore è molto simile a quello visto per le macchine lavatrici integrate. Le due
tecnologie sono infatti accumunate dalla presenza di una camera ermetica all’interno della quale sono trattati
i pezzi e la possibilità di essere equipaggiate con un sistema di depurazione/riutilizzo di soluzioni pulenti.
Anche in questo caso inoltre la soluzione solvente utilizzata può essere costituita da soluzioni acquose,
semiacquose o solventi. Nei primi due casi l’utilizzo di solventi è nullo o comunque ridotto al minimo, inoltre
la presenza di un sistema di depurazione/riutilizzo permette di diminuire significativamente anche consumi
77
idrici e scarichi/rifiuti. L’utilizzo di soluzioni acquose o semi acquose in sostituzione di sostanze classificate
come pericolose (molti solventi sono infiammabili, cancerogeni, etc.):
• riduce i requisiti a cui ottemperare relativi a prevenzione di incendi e altre emergenze e alla salubrità
degli ambienti di lavoro;
• riduce la quantità e i costi di smaltimento dei rifiuti pericolosi prodotti;
Può d’altra parte:
• comportare un aumento di consumi idrici;
• il trattamento dei reflui prima della immissione in rete fognaria qualora vengano gestiti come scarichi
idrici
Nel caso siano utilizzati solventi l’impatto relativo al consumo di sostanze pericolose per la salute e
l’ambiente è mitigato da due fattori:
• la mancanza di emissioni diffuse dalla lavatrice elimina pressoché totalmente (le uniche emissioni si
hanno con l’apertura del portello per l’estrazione dei pezzi) una fonte importante di inquinamento dal
luogo di lavoro. Rispetto ad altri sistemi di sgrassaggio a vapore le emissioni atmosferiche di COV
sono ridotte per più del 99%;
• la presenza di un sistema di depurazione/riutilizzo dei solventi ne permette il recupero con una
conseguente riduzione significativa dei consumi di sostanze pericolose e di produzione di rifiuti.
Tecnica: Lavaggio al plasma
Il plasma è una miscela di ioni positivi e negativi ed elettroni prodotti da un campo elettrostatico o
elettromagnetico. Rispetto agli impianti di lavaggio tradizionali (che agiscono sui contaminanti a mezzo di
diluizione e successiva asportazione fisica) gli impianti al plasma sono dei reattori chimici: ioni e molecole
cariche (radicali eccitati) rimuovono dalla superficie i contaminanti reagendo chimicamente con essi e dando
come prodotti della reazione vapore acqueo, anidride carbonica e solo in piccola parte, molecole organiche
volatili. Il gas ionizzato, il plasma cioè, è ottenuto applicando una corrente alternata ad alta frequenza ad un
gas (o miscela di gas) mantenuto a bassa pressione all’interno del reattore (0.0001 - 0.001 atm). I sistemi a
plasma freddo operano con quantità minime di gas, generalmente ossidanti (es. l'ossigeno) oppure inerti
(argo, elio, azoto e loro miscele) nel caso di trattamento di supporti soggetti a degradazione ossidativa.
Benché i contaminanti organici siano molto diversi fra loro, tuttavia oli, cere, grassi e distaccanti, con base
minerale o vegetale, sono tutti caratterizzati, dal punto di vista della natura chimica, da catene radicali CH2
più o meno lunghe, che reagiscono, in certe condizioni di pressione e campo elettrico, nel seguente modo:
(CH2)n- + 3/2nO2 ----> n (CO2 + H2O)
Il processo ossidativo è a freddo (la temperatura di processo si aggira tra i 25° e i 50°C) ottenuto grazie alla
forte istabilità del gas in fase di plasma. L’energia prodotta dal bombardamento degli elettroni permette la
rottura dei legami CH, carbonio e idrogeno combinano con gli ioni ossigeno con produzione di anidride
carbonica e vapor acqueo che vengono aspirati da pompe per il mantenimento della bassa pressione.
Oltre alla rimozione dei contaminanti organici il trattamento al plasma può essere utilizzato per rimuovere,
attraverso ablazione, sottili strati superficiali da materiali; inducono inoltre alla formazione di legami
incrociati, che rafforzano la coesività superficiale, e altre modificazioni chimiche superficiali che migliorano le
caratteristiche chimico-fisiche dei materiali.
Il lavaggio al plasma risulta tecnica efficace nella rimozione di film molto sottili di sostanze organiche. Diversi
sono i settori in cui è utilizzato comunemente, nell’industria dei semiconduttori è utilizzato per migliorare il
contatto dei conduttori su microcircuiti ibridi, per asportare l’isolamento dagli avvolgimenti e dai componenti
magnetici etc. Una grande varietà di oggetti, dai più semplici ai più complessi, è pulita tramite plasma come
paraurti di veicoli e aghi di acciaio inossidabile per siringhe, etc. La fluidità del mezzo permette infatti la
pulizia di oggetti dalle geometrie particolari, fori e cavità. Un altro vantaggio dei sistemi al plasma è la
possibilità di trattare efficientemente assemblati di diversi materiali. Possono essere utilizzati come
trattamento finale per rimuovere ogni traccia di contaminante organico e per seccare i pezzi.
Le dimensioni degli impianti possono essere alquanto varie (dalle dimensioni di un piccolo forno a microonde
a grandi camere), essi inoltre possono costituire un’unica unità o essere progettati in serie (es. per il
trattamento di fogli polimerici o fibre in bobine).
Tra gli svantaggi di questa tecnologia ricordiamo l’impossibilità di rimozione di contaminanti inorganici. Gli
unici residui del processo di pulizia al plasma sono costituiti da vapor acqueo, anidride carbonica (gas serra)
e quantitativi trascurabili di sostanze organiche che possono essere rilasciate in atmosfera tal quali.
78
Tecnica: Pulizia con fluido supercritico
Al di sopra di una certa temperatura un gas non condensa in una fase liquida all’aumento della pressione, dà
invece origine ad una fase, detta supercritica, che presenta caratteristiche sia dei gas che dei liquidi.
L’equipaggiamento di base consiste in: compressore, scambiatore di calore (per il riscaldamento e per il
raffreddamento), valvola di controllo della pressione, vassoio di estrazione (in pressione) in cui l’oggetto è
sottoposto al passaggio del fluido supercritico che asporta i residui, vassoio di separazione in cui il fluido
supercritico è vaporizzato e si separano i residui estratti mediante drenaggio.
I pezzi sono introdotti nel contenitore a pressione insieme al gas, a questo punto temperatura e pressione
sono aumentate finché lo stato supercritico non è raggiunto. La temperatura di processo può variare da 35 a
65° C, la pressione da 140 a 270 atm. Successivamente il fluido è fatto vaporizzare, a questo punto i residui
estratti sono separati mediante drenaggio. La maggioranza dei fluidi supercritici commercialmente disponibili
sfruttano l’anidride carbonica (CO2) e sono caratterizzati da eccellenti proprietà solventi (comparabili a quelle
dell’esano), può comunque essere aggiunto un co-solvente per migliorarne l’efficacia.
La pulizia con fluido supercritico risulta particolarmente idonea per il trattamento di oggetti di precisione e
parti con forme particolari (es. interruttori termici, assemblaggi elettromeccanici, etc). Bassa viscosità e alta
diffusività permettono infatti un’ottima pulizia di fori e cavità molto piccole.
Dimostra maggiore efficacia nella rimozione di contaminanti liquidi (silicone, oli dielettrici, petrolio,
lubrificanti, adesivi, grassi e cere) e in particolare di molecole di moderato peso molecolare e bassa polarità,
mentre non è molto adatto all’asportazione di residui di particelle solide (in particolare molecole ioniche o
polari e inorganiche) se non è combinato con l’utilizzo di sistemi di agitazione o di ultrasuoni. L’elevato livello
di pulizia raggiungibile necessita di tempi di trattamento relativamente brevi (da 15 a 30 minuti), non si
adatta però molto bene al trattamento di materiale fortemente contaminato. Il potere solvente del fluido
supercritico dipende dalla pressione, è quindi possibile estrarre diversi tipologie di contaminanti e precipitarli
separatamente per analisi. I fluidi supercritici sono compatibili con metalli, ceramiche, e polimeri, ne è
sconsigliato l’uso per tutti quei materiali sensibili alle alte temperature e pressioni.
Un’ulteriore limite di questa tecnologia è la limitatezza delle dimensioni delle apparecchiature all’interno delle
quali può essere applicata.
Il processo non genera CO2 ex novo, essa è infatti normalmente recuperata da altri processi industriali ed è
inoltre riciclabile. I rifiuti prodotti nel processo constano esclusivamente del materiale rimosso che dopo
essersi distaccato, in seguito alla riduzione della pressione e temperatura, è concentrato in apposito
contenitore.
Tecnica: Asportazione laser
La rimozione attraverso laser è una tecnica non intrusiva e a bassa energia cinetica utilizzata per la
dissossidazione e la rimozione di ruggine, per la sverniciatura, la rimozione di graffiti, oli e grassi (“asciutti” e
“umidi”) e residui di colle (da nastri da imballaggio, nastri di carta tipo carrozziere, nastri trasparenti). Può
essere inoltre utilizzato per il decapaggio dei cordoni di saldatura. Il trattamento laser su superfici di acciaio
inossidabile per la rimozione di ossido di cromo superficiale e pellicolare, secondo le più recenti ricerche
(ancora in parte in corso), è in grado di impedire la formazione di un nuovo strato di ossido come invece
succede quando l’asportazione è di tipo chimico o meccanico.
Attualmente questa tecnologia è utilizzata per la sverniciatura totale o parziale di componenti di alta qualità
intrinseca (settore aeronautico e aerospaziale) ma in futuro si pensa ad un allargamento ad altri settori quali
quello di riparazione e riverniciatura automobilistica (compresi autobus), navale e ferroviaria.
La velocità di sverniciatura dipende principalmente dalla lunghezza d’onda del fascio laser, dalla potenza e
dalla tipologia e spessore dello strato verniciante, altri parametri influenti possono essere la forma della
traccia e il grado di sovrapposizione.
79
I migliori risultati sono ottenuti quando la lunghezza d'onda del laser è scelta in base all'assorbimento
ottimale che si può avere da parte della superficie e non dal liquido o dal contaminante.
Le superfici necessitano di una preparazione minima così come di attività di rifinitura post processo.
Questa tecnologia risulta ottimale in tutti quei casi in cui altre metodologie rischiano di danneggiare il
substrato, si possono notare infatti zone termicamente alterate a causa del calore prodotto dal fascio di luce
solo in caso in cui i tempi di esposizione ottimali siano abbondantemente superati.
Il processo di asportazione consiste nella vaporizzazione del contaminante sul quale è concentrata l’energia
del laser. Il processo può essere a secco, è altresì possibile bagnare la superficie da trattare con un sottile
strato di solvente (acqua, metanolo, etanolo, 2-propanolo) affinché questi, nella vaporizzazione, trascini con
se il contaminante, specialmente se costituito da particelle. La miscela acqua/etanolo 9:1 risulta molto
efficace grazie alla elevata pressione di vapore dell'acqua che consente il surriscaldamento della superficie, e
all’alcol che permette una migliore bagnabilità della superficie da trattare. Solitamente viene utilizzato anche
un gas di copertura (comunemente azoto). Le sorgenti laser possono essere sia portatili che fisse.
Questa tecnologia permette di ridurre fortemente gli impatti ambientali dei processi di sverniciatura e
rimozione di contaminanti in quanto non viene solitamente fatto alcun uso di sostanze chimiche e la
produzione di rifiuti è limitata al materiale vaporizzato. Per quanto riguarda le emissioni atmosferiche esse
possono contenere COV nel caso in cui si faccia uso di solventi organici nei processi ad umido.
La vaporizzazione del materiale contaminato può avere effetti dannosi sulla salute degli addetti, così come
l’evaporazione di solventi organici nei processi ad umido. È inoltre importante evitare eventuali danni
all’apparato visivo a causa del laser.
Questa tecnica relativamente nuova e in parte ancora in fase sperimentale risulta alquanto costosa in termini
di tempo e denaro.
Tecnica: UV/Ozono
La tecnica a UV/Ozono è utilizzata per rimuovere sottili film di contaminante organico nel trattamento di
superfici vetrose e cristalline come allumina, gallio, arseniuro, fosfuro d’indio, quarzo e vetro. Il rendimento è
dell’ordine di 5-10 angstroms/min e generalmente lo spessore del film di contaminante da rimuovere non
deve superare i 100 angstroms. Poiché il processo dipende dall’esposizione del pezzo alla luce ultravioletta
l’efficacia risulta superiore per superfici piane. La distanza del pezzo dalla sorgente UV è una variabile
importante e dovrebbe essere compresa tra 4 – 10 mm. Questa tecnica è anche utilizzata come processo di
finitura per ottenere livelli di pulizia più elevati o per migliorare le proprietà adesive della superficie. Non è
invece adatta alla rimozione di ossidi, sali o particelle di contaminante. La luce ultravioletta può causare
l’ossidazione di alcuni metalli anche in relazione alla durata dell’esposizione. L’alluminio acquista una
colorazione giallastra a causa dei raggi UV che scompare però in seguito a riscaldamento del pezzo a
temperature di 150-170 °C.
Il processo si basa sull’ossidazione delle sostanze organiche ad opera dei raggi UV e dell’ozono. L’energia UV
è emessa dalla lampada a due lunghezze d’onda: 185 nanometri (nm) e 254 nm. L’energia emessa a 185 nm
è assorbita dall’ossigeno atmosferico con produzione di ozono che risulta efficace nell’ossidazione dei
composti organici. Quella a 254 nm è assorbita dal materiale organico, aumenta la sua attività molecolare e
ne facilita l’ossidazione da parte dell’ozono. Quest’ultimo può essere anche introdotto da una fonte esterna.
Una volta che i fotoni emessi dalla sorgente UV rompono i legami chimici del contaminante, un successivo
soffio di gas inerte rimuove i reattivi.
Il processo si svolge in una camera detta “forno” (oven) che ha la duplice funzione di contenere l’ozono e di
proteggere gli operatori dalle radiazioni UV. Sia l’ozono che le radiazioni UV sono infatti dannosi per la
salute. Sarebbe inoltre importante prevedere misure atte a prevenire la rottura delle lampade e conseguente
fuoriuscita di mercurio. Non si ha produzione di rifiuti.
80
Tecnica: Lampade flash allo xenon
Si tratta di una tecnica utile alla rimozione di rivestimenti (es. vernice, altri strati protettivi) da metalli o da
materiali compositi, che non danneggia e dei quali è possibile lasciare intatto il fondo e l’eventuale
cromatura. È utilizzata nella sverniciatura di superfici ampie e piane come quelle degli aerei per le quali ha
un ottimo rendimento (0,093 – 0,37 mq/min) mentre non è molto efficiente per il trattamento di superfici
dalla geometria complessa. Alle volte sono utilizzati, in combinazione, i pellets di CO2 nella duplice funzione
di raffreddamento del substrato passibile di danneggiamento e di rimozione del materiale di rivestimento
vaporizzato.
Un tubo al quarzo riempito con gas xenon è elettricamente stimolato 4/6 volte al secondo per emettere
brillanti scariche di luce. La sorgente di emissione è posta a pochi centimetri (la distanza ottimale è di 3,8
cm) dalla superficie da trattare, l’energia contenuta nell’impulso luminoso è assorbita dal rivestimento
superficiale che riscaldandosi va incontro a dilatazione termica e rottura dei legami fino a completo distacco.
Ogni impulso luminoso rimuove circa 1 mm di rivestimento.
Durante il processo il rivestimento è trasformato in gas (che può essere necessario trattare attraverso
filtrazione o adsorbimento) e fine particolato scuro che rappresenta l’unico rifiuto.
Gli operatori devono adottare dispositivi di protezione per l’udito.
Tecnica: Termosverniciatura
Questa tecnica è utilizzata per la rimozione di rivestimenti a base di idrocarburi da metalli con punto di
fusione maggiore ai 480 °C. Il controllo della velocità di riscaldamento – raffreddamento è necessario per
alcuni materiali (es. leghe di alluminio) al fine di evitare deformazioni.
Il processo di strippaggio a caldo permette di vaporizzare e decomporre completamente gli strati superficiali
da rimuovere, esso si compone in due fasi: nella prima i pezzi sono caricati in un forno di pirolisi nel quale
vengono riscaldati in atmosfera controllata (carenza di ossigeno) fino a raggiungere la temperatura di
volatilizzazione (120 – 200 °C); nella seconda fase sono fatti surriscaldare in un post-bruciatore a 315 – 370
°C affinché avvenga una completa decomposizione. L'intero processo necessita in media di 4 ore per ciclo.
La tecnica si basa su un processo di combustione, l’interazione ambientale che più di altre risulta impattante
è quella delle emissioni atmosferiche. Il post combustore deve poter garantire una completa ossidazione dei
fumi le cui concentrazioni di inquinanti non dovranno superare i limiti stabiliti. Rivestimenti che contengono
cloro o fluoro devono essere evitati in quanto la loro combustione genera acidi corrosivi e diossine.
I consumi energetici necessari al funzionamento del forno di pirolisi e del post combustore possono essere
significativi. Per questo motivo al fine di ridurre il consumo energetico è possibile recuperare il calore dei
fumi caldi, opportunamente depurati, all’interno del forno ovvero per il preriscaldamento dell’aria in entrata
al bruciatore o ancora per altri processi di produzione e non (es. riscaldamento degli ambienti di lavoro).
Tecnica: Rimozione in letto fluido
Questa tecnica integra un sistema di combustione con uno di abrasione. È utilizzato per rimuovere vernice,
colori e plastiche. Rispetto ad altri sistemi (es. a combustione, stripping chimico) la rimozione in letto fluido
evita la deformazione dei pezzi trattati, la corrosione e altri tipi di danneggiamenti.
Un letto fluido consiste in una massa di particelle solide fini (es. granuli di silicati) separate e mantenute in
sospensione da un flusso di gas. I granuli sospesi sono riscaldati e mantenuti ad una determinata
temperatura grazie ad un bruciatore. Il pezzo da trattare è immerso nel letto fluido ad una temperatura,
81
uniforme, di 420 – 450 °C, qui avviene la combustione di depositi di vernice, di colore o di materie plastiche.
Il materiale granulare, mantenuto in movimento dal flusso gassoso, permette il distacco e rimuove per
abrasione le ceneri.
Al di sopra del letto fluido si ha una completa combustione degli effluenti organici, i fumi prodotti non
necessitano quindi solitamente di trattamenti. La combustione completa porta alla formazione di CO2. Le
ceneri di combustione, abbattute tramite cicloni, sono gli unici rifiuti del processo e devono essere smaltite.
Come nel caso della termosverniciatura è possibile recuperare il calore dei fumi ad alta temperatura in uscita
sia per lo stesso processo (riducendone dunque il consumo di combustibile) che per altri (incluso il
riscaldamento degli ambienti di lavoro).
Tecnica: Bagni di sale fuso
I bagni di sale fuso operano a diverse temperature ( 290 – 480 °C) dipendentemente dal tipo di sale usato.
A temperatura più bassa questa tecnica è utilizzata per il recupero di pezzi difettosi o per la sverniciatura
necessaria alla manutenzione di pezzi, apparecchiature, etc. A più alte temperature sono invece utilizzati per
eliminare gli accumuli più resistenti che si formano su uncini e cremagliere. Qualsiasi tipo di rivestimento
organico può essere rimosso compreso nylon, poliestere, rivestimenti epossidici e fluoropolimerici. I tempi di
trattamento sono dell’ordine di pochi minuti. Con i bagni di sali fusi non è possibile trattare metalli con basso
punto di fusione come il magnesio e alcune leghe.
Il processo si basa sull’azione dell’intenso calore esercitato dai sali fusi sui rivestimenti organici. La
temperatura del bagno varia da 290 a 480 °C dipendentemente dal tipo di sale usato. Si può variare la
miscela dei sali in modo da regolare la temperatura del bagno.
I pezzi trattati sono raffreddati e sciacquati, ciò genera un flusso d’acqua contaminata il cui pH può essere
necessario aggiustare prima dello scarico. I rifiuti prodotti dal processo sono costituiti da carbonati ed altri
composti inorganici contaminati, durante il processo, dai residui rimossi.
Per quanto riguarda le emissioni atmosferiche potrebbe essere necessario istallare un sistema di
abbattimento dei vapori generati dal bagno.
I consumi energetici sono elevati, è possibile, al fine di ridurre il consumo di combustibile, recuperare il
calore dei fumi per lo stesso processo o per altri (di produzione o per il riscaldamento degli ambienti di
lavoro).
Tecnica: Processo criogenico con utilizzo di azoto liquido
Questo processo di sverniciatura, che può essere realizzato in continuo e completamente automatizzato, è in
opera dal 1990. È utilizzato congiuntamente a sistemi di abrasione (es. particelle plastiche) necessari alla
rimozione della vernice rotta per l’azione dell’azoto liquido. I pezzi da trattare sono posti in un serbatoio
contenente azoto liquido (- 196 °C) che provoca la contrazione del materiale e dello strato coprente. La
differente velocità di risposta alla diminuzione di temperatura provoca la rottura della vernice che viene poi
rimossa con mezzi meccanici.
Non risulta particolarmente indicato per sverniciare superfici sottili ed è meno efficiente con epossidi e
uretani. La cabina entro la quale sono posti i pezzi e l’azoto liquido limita le dimensioni delle parti che
possono essere trattate.
I pezzi trattati con questa tecnica hanno un periodo di vita 5 volte maggiore di quelli prodotti con altri
processi.
I rifiuti ottenuti sono costituiti dalla vernice asportata che può essere in svariati casi recuperata per la
produzione di oggetti in plastica.
Emissioni atmosferiche sono assenti così come l’utilizzo di sostanze pericolose, il consumo idrico e la
generazione di reflui.
L’azoto è un gas inerte, alla temperatura di –196 °C è però pericoloso al contatto.
82
Tecnica: Accorgimenti per la riduzione dei consumi idrici
Tra i possibili accorgimenti adottabili per la riduzione dei consumi idrici ricordiamo:
• riduzione degli step di lavaggio quando non necessari;
• riduzione del drag-in (trascinamento): nel passaggio da una vasca all’altra il materiale da trattare
rimane impregnato del bagno chimico precedente e può contaminare dunque, se non
opportunamente risciacquato, il bagno successivo riducendo la vita di quest’ultimo e dunque
contribuendo all’aumento di consumi di sostanze pericolose e produzione di bagni chimici esausti.
Parallelamente il drag-in della vasca di risciacquo determina una diluizione delle successive vasche di
trattamento. Per questo motivo è opportuno ridurre quanto più possibile il trascinamento attraverso:
o eco-risciacquo: consiste in una vasca unica in cui i pezzi da trattare sono immersi prima e
dopo il bagno nella vasca di processo. La soluzione utilizzata è costituita da acqua
denaturata (che raggiunge dopo un po’ di tempo l’equilibrio del 50% della concentrazione
della soluzione di processo) o da una soluzione diluita di processo (sempre al 50%). Tale
vasca di pre-risciacquo o eco-risciacquo statisticamente cede (drag-out) la stessa quantità di
acqua che riceve (drag-in) e dunque non necessità di rabbocchi. La sostituzione totale
avviene allorquando sia necessario pulire la vasca. Questo sistema permette di ridurre il
drag-out di circa il 50%. Si tratta di una soluzione ottimale quando il bagno di processo è
svolto a temperatura ambiente e quando l’evaporazione del bagno è limitata. Non può
essere utilizzata in alcuni casi laddove impiantisticamente impossibile (linee a giostra, coil
coating, reel to reel line) o allorquando determini problemi di qualità del processo
(nichelatura, ramatura, sgrassaggio, decappaggio).
o Utilizzo di cilindri spremitori.
• riduzione del drag-out: la riduzione del trascinamento di soluzione nelle vasche successive è il primo
accorgimento necessario per:
o minimizzare la perdita di prodotti chimici durante i risciacqui;
o minimizzare i consumi di acqua necessari per i risciacqui;
o ridurre i costi della materia prima;
o ridurre problematiche ambientali legate alle acque di risciacquo e costi correlati.
Le tecniche atte a minimizzare il drag-out sono diverse e tra le più importanti ricordiamo:
• utilizzo di prodotti chimici compatibili: l’utilizzo di sostanze chimiche compatibili (per esempio lo
stesso acido per il decappaggio e la preparazione prima del processo di rivestimento) permette di
minimizzare gli effetti del trascinamento riducendo il consumo di sostanze chimiche, di risciacqui
intermedi o se necessari di acqua per il risciacquo. È applicabile a tutti i processi limitatamente a
dove è possibile progettare il processo con sostanze chimiche compatibili.
• Sospensione del pezzo: progettare i ganci di sostegno in modo che i pezzi abbiano il lato più lungo
disposto in verticale piuttosto che in orizzontale e lasciandolo in sospensione sulla vasca di
trattamento per un tempo adeguato permette di ridurre gran parte del drag-out. In alcuni casi è
indispensabile ridurre al minimo il contatto dell’agente chimico con il pezzo e dunque non è possibile
aspettare un adeguato tempo di sgocciolamento.
• Riduzione della viscosità della soluzione: minore è la viscosità della soluzione, e dunque la sua
tensione superficiale, più velocemente tenderà a sgocciolare dal pezzo riducendo il trascinamento.
La riduzione della viscosità può avvenire aumentando la temperatura, riducendo la concentrazione
della soluzione o addizionando alla soluzione agenti chimici imbibenti. Nel primo e nel terzo caso si
possono avere aumenti nei consumi di energia e sostanze chimiche mentre non è sempre possibile
ridurre la concentrazione dei bagni.
• Soffianti: un’altra possibilità di riduzione del trascinamento è l’utilizzo di soffianti ad aria compressa o
a spruzzo che riducono la perdita di sostanze chimiche per trascinamento. L’aria a pressione induce
maggiore sgocciolamento mentre utilizzando acqua è possibile compensare quella evaporata dal
bagno. È una tecnica abbastanza elaborata che necessita competenze.
83
Tecnica: Risciacquo spray
Il risciacquo spray può avvenire o sopra la vasca di processo o in una vasca di risciacquo apposita, può
essere effettuato manualmente (negli impianti più piccoli) o in modo automatico. Il sistema permette di
recuperare le sostanze chimiche trascinate dal pezzo e inoltre restituisce l’acqua persa per drag-out o
evaporazione dalla vasca di processo. Nel caso in cui sia effettuato sopra la vasca di processo (prerisciacquo) l’acqua insieme alle sostanze chimiche ritorna direttamente nella vasca di processo, se è invece
effettuato in apposita vasca di risciacquo la soluzione depositata dovrà essere poi immessa nella vasca di
processo nelle corrette quantità in modo da non variare sensibilmente la concentrazione voluta. Questa
tecnologia permette contemporaneamente di ridurre il consumo di agenti chimici e la loro presenza nelle
acque di risciacquo destinate allo scarico. Attraverso la corretta progettazione e la costante pulizia del
meccanismo di spray è possibile evitare eventuali proliferazioni di legionella.
Tecnica: Rigenerazione e riutilizzo dell’acqua di risciacquo
Diverse sono le tecnologie atte a riutilizzare o rigenerare le acque di risciacquo. Queste tecnologie
permettono di ridurre i consumi idrici e i volumi di acque di scarico da depurare (con conseguente riduzione
dei costi per impianti, energia e prodotti chimici):
• rigenerazione attraverso scambio ionico: cationi e anioni sono trattenuti dalla colonna e al loro posto
sono rilasciati ioni H+ e OH -. Il risultato finale è acqua denaturata che può essere riutilizzata per i
risciacqui. Il sistema necessita di energia e di prodotti chimici per la rigenerazione della colonna a
scambio. Normalmente sono montati filtri al fine di evitare che materiale particellare occluda i siti di
scambio ionico. Questa tecnologia non è utilizzata laddove siano presenti forti ossidanti, materiale
organico particellare e complessi cianuro metallici. Anche oli, grassi e solventi limitano molto il
funzionamento delle colonne di scambio ionico. Poiché tale tecnologia non permette di depurare la
frazione dissolta di materiale organico (500 ppm è la massima concentrazione ammissibile perché il
sistema funzioni) sarà necessario o utilizzare sistemi di depurazione appositi (es. carboni attivi),
utilizzare l’acqua contenente sostanza organica laddove non dia problemi ovvero distribuirla in tutte
le vasche di risciacquo in modo da mantenerne basso, per diluizione, la concentrazione.
• Osmosi inversa (RO): attraverso una pressione idrostatica la soluzione è fatta passare attraverso una
membrana semipermeabile che separa acqua e una soluzione fortemente concentrata di sali (fino al
99%). Il sistema permette dunque da una parte di recuperare acqua che potrà essere nuovamente
utilizzata per i risciacqui e dall’altra una soluzione di sali che possono essere recuperati nei bagni di
processo. In questo modo sono ridotti al minimo le acque di scarico da depurare. Questa tecnologia
è stata utilizzata con successo per depurare di acque di lavaggio nei processi di rivestimento di
nickel (fluoroborato, sulfamato, Watts, nichel chiaro), rame (acido e cianuro), zinco (acido) e cromo.
Le membrane invecchiando riducono le proprie prestazioni, possono inoltre essere danneggiate da
forti ossidanti, alcuni acidi, sostanze organiche, elevate concentrazioni di carbonati di calcio e
magnesio (acqua dura), solidi sospesi.
• Evaporazione con utilizzo di surplus energetico interno: attraverso evaporazione è possibile
concentrare i soluti e separare l’acqua. Questo sistema è particolarmente indicato laddove sono
presenti soluzioni riscaldate o dove c’è necessità di raffreddamento (in questo caso riduce anche i
consumi globali di energia), è molto utilizzato per gli elettroliti di cromo esavalente. I costi di
investimento sono minimi e la velocità del processo può essere eventualmente aumentata con
l’insufflazione di aria. Problematiche possono essere legate alla presenza di gas nell’evaporato che
può necessitare di depurazione.
• Evaporazione con utilizzo di evaporatore: del tutto simile concettualmente alla tecnica sopra esposta
si differenzia per l’utilizzo di un evaporatore. Da un punto di vista dell’applicabilità questa tecnica
84
•
permette di trattare anche soluzioni in processi a temperatura ambiente anche se in presenza di
soluzioni già a temperatura l’efficienza energetica migliora.
Elettrodialisi: cationi e anioni sono separati all’interno di celle suddivise in setti semipermeabili una
volta applicata una corrente elettrica, in questo modo è separato il soluto dal solvente (acqua).
Figura 4 Processo di elettrodialisi per il recupero di agenti chimici dalle acque di risciacquo (Integrated Pollution Prevention and Control
Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics)
M+= catione metallico
A- = anione (base salina)
Waste = rifiuto
Concentrate = concentrato
M = Membrana porosa in grado di far passare solo cationi
A = membrana porosa in grado di far passare solo anioni
Dluited solution = soluzione diluita
Partially demineralized solution = soluzione parzialmente demineralizzata
Tecnica: Tecniche di risciacquo multiplo
Tali tecniche permettono un alto livello qualitativo del lavaggio riducendo al minimo il consumo idrico (fino al
90%) e se combinate a sistemi di recupero/rigenerazione delle acque di lavaggio possono contribuire a
chiudere il ciclo annullando pressocchè totalmente i volumi di acqua consumata e di scarichi. I costi per
ulteriori vasche e sistemi di trasporto dei pezzi possono dunque essere recuperati economicamente dalla
riduzione dei consumi idrici e soprattutto dai costi evitati di depurazione e trattamento delle acque di scarico.
Tra queste si ricordano:
Risciacquo multistage in controcorrente
Il pezzo, uscito dalla vasca di processo è immerso in 3 o 4 vasche di risciacquo. Ogni vasca ha una propria
concentrazione, decrescente, determinata dal trascinamento dei prodotti chimici dalla vasca di processo.
L’acqua pura è immessa nell’ultima vasca, oltre un certo limite questa scarica nella penultima e così via fino
alla prima vasca il cui contenuto è utilizzato per rimpiazzare le sostanze chimiche perse dalla vasca di
processo a causa del drag-out.
85
Figura 5 Risciacquo multistage in controcorrente (Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best Available
Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics)
Process tank = vasca di processo
Holding tank = vasca di accumulo
C = Concentrazione (della vasca di processo (C0) e delle vasche di
lavaggio (Cn))
E = Evaporazione
W = quantità di acqua di lavaggio utilizzata
WD = quantità di acqua di lavaggio scaricata
WR = quantità di acqua disponibile per il recupero del
trascinamento
D = drag-out (trascinamento) (della vasca di processo (DC0) e
delle vasche di lavaggio (DCn))
Lavaggio multiplo statico
Si differenzia dalla precedente tecnologia in quanto il passaggio di acqua in controcorrente non è
determinato da continui over-flow e in-flow ma avviene quando la vasca di lavaggio n.3 ha raggiunto una
determinata concentrazione. In questo caso dunque l’acqua della vasca di lavaggio n.3 è pompata nella
vasca n.2 e così via. Dalla prima vasca di lavaggio è recuperato il drag-out che viene reimmesso nella vasca
di processo.
Figura 6 Risciacquo multiplo statico (Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best Available Techniques for
the Surface Treatment of Metals and Plastics)
86
Process tank = vasca di processo
Holding tank = vasca di accumulo
C = Concentrazione (della vasca di processo (C0) e delle vasche di
lavaggio (Cn))
E = Evaporazione
W = quantità di acqua di lavaggio utilizzata
WD = quantità di acqua di lavaggio scaricata
WR = quantità di acqua disponibile per il recupero del
trascinamento
D = drag-out (trascinamento) (della vasca di processo (DC0) e
delle vasche di lavaggio (DCn))
Doppio risciacquo statico con ultima fase di risciacquo con acqua ricircolata
Questa tecnica è utilizzata quando il trascinamento (drag-out) è molto elevato e le due tecniche sopra
descritte possono non essere sufficientemente efficienti. In questo caso dalla prima vasca di risciacquo è
prelevata la soluzione per recuperare il drag-out da immettere in una vasca di contenimento e da qui nella
vasca di processo. Lo svuotamento avviene periodicamente dopo un determinato numero di pezzi sciacquati.
Al fine di ridurre i consumi di acqua nella terza vasca è presente un sistema in continuo di ricircolo e
purificazione a scambio ionico (IEX).
Figura 7 Doppio risciacquo statico con ultima fase ad acqua ricircolata (Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document
on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics)
Process tank = vasca di processo
Holding tank = vasca di accumulo
C = Concentrazione (della vasca di processo (C0) e delle vasche di
lavaggio (Cn))
E = Evaporazione
IEX = Sistema di ricircolo e purificazione continuo a scambio
ionico
W = quantità di acqua di lavaggio utilizzata
WD = quantità di acqua di lavaggio scaricata
WR = quantità di acqua disponibile per il recupero del
trascinamento
D = drag-out (trascinamento) (della vasca di processo (DC0) e
delle vasche di lavaggio (DCn))
Risciacquo multistage a cascata in impianti con limitazioni di spazio
In caso di impianti esistenti non è sempre possibile, per ragioni di spazio, predisporre diverse vasche di
risciacquo. In questo caso è possibile far uso di un sistema a cascata esterno. Nella linea di trattamento è
presente esclusivamente una vasca di risciacquo per ogni step. Ognuna di queste vasche è collegata con un
sistema di vasche che funzionano con i sistemi visti precedentemente. I pezzi sono risciacquati attraverso
spray o per immersione nella vasca di risciacquo e lavati con l’acqua proveniente dalle diverse vasche a
cascata con acqua sempre più pulita. L’acqua della vasca più contaminata è fatta passare attraverso un
concentratore che divide i soluti (che sono immessi nella vasca di processo) dall’acqua che è riimmessa nella
vasca con l’acqua meno contaminata .
87
Figura 8 Risciacquo multistage a cascata in impianti con limitazioni di spazio (Integrated Pollution Prevention and Control Reference
Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics)
Concentrator = concentratore
Treatment vat = vasca di processo
Work pieces = prodotti metallici da trattare
Spray booth = risciacquo spray
Water = acqua
Rinse = risciacquo
Recupero del drag-out e chiusura del ciclo
La chiusura del ciclo in senso assoluto non è possibile se si considerano tutti i processi all’interno di uno
stabilimento, i periodi di manutenzione straordinaria, i rifiuti. Attraverso le tecniche viste precedentemente
(risciacquo multiplo, rigenerazione delle acque di risciacquo) però è possibile recuperare acqua e materie
prime in modo da ridurre consumi idrici, di sostanze chimiche e i volumi di acqua da depurare. In particolare
i vantaggi ottenuti saranno:
• ridurre i costi per acqua e materie prime;
• ridurre la necessità di impianti di depurazione delle acque di scarico;
• rimanere più facilmente entro i limiti di concentrazione degli inquinanti degli scarichi richiesti dalla
legislazione;
• ridurre i consumi di sostanze chimiche utilizzate per la depurazione;
• ridurre la perdita dal ciclo di elementi preziosi o particolarmente inquinanti (es. PFOS)
Il processo di concentrazione non è altro che una rigenerazione delle soluzioni di lavaggio attraverso il quale
sono separate in acqua e soluti, le tecnologie attuate sono quelle viste in precedenza ovvero osmosi inversa,
scambio ionico o evaporazione e rappresentano nell’intero ciclo il processo più energivoro.
Il recupero del drag-out finalizzato alla chiusura del ciclo è una pratica diffusa ma che trova applicazione più
spinta o laddove sono trattati soluti preziosi (es. oro) o al contrario dove sono presenti specie chimiche
altamente pericolose (PFOS, etc.), dove cioè c’è assoluta necessità di evitare che i soluti siano dispersi nelle
acque di scarico quali:
• metalli preziosi;
• cadmio;
• rame, nichel, cromo esavalente.
88
Figura 9 Recupero del drag - out e chiusura del ciclo (Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best
Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics)
Process tank = vasca di processo
Holding tank = vasca di accumulo per acque di risciacquo (rinse
water) o frazione diluita proveniente da concentratore (diluite
fraction)
C = Concentrazione (della vasca di processo (C0) e delle vasche di
lavaggio (Cn))
E = Evaporazione
W = quantità di acqua di lavaggio utilizzata
WD = quantità di acqua di lavaggio scaricata
WR = quantità di acqua disponibile per il recupero del
trascinamento
D = drag-out (trascinamento) (della vasca di processo (DC0) e
delle vasche di lavaggio (DCn))
Sostituzione delle sostanze più pericolose
Diverse sono le sostanze che per la loro pericolosità dovrebbero essere quanto più possibile evitate.
Purtroppo allo stato attuale della tecnica non è sempre possibile. Di seguito sono indicate tali possibilità:
EDTA: Largamente usato come sgrassante, può essere sostituito con agenti chelanti più deboli e
biodegradabili. In questo modo oltre a ridurre l’impatto degli scarichi sui sistemi acquatici sono ridotti i costi
energetici e di sostanze chimiche utilizzate per ridurne la concentrazione negli scarichi. Questa possibilità è
applicabile nell’industria dei circuiti stampati così come in quella della ramatura chimica.
PFOS: si tratta di un antischiumogeno e surfattante particolarmente utilizzato negli impianti di cromatura
(cromo esavalente) e bagni alcalini di zincatura cianuro-free e in processi acidi e di anodizzazione dell’oro. La
funzione di queste sostanze per la sicurezza è molto importante in quanto non permettono a sostanze
pericolose (come il cromo esavalente) di essere disperse nello spray. Allo stato attuale non sono presenti
sostanze che lo possono rimpiazzare, è dunque necessario al fine di limitarne l’utilizzo impianti chiusi che non
permettano la dispersione di nebbie contenenti cromo ovvero l’applicazione del ciclo chiuso in modo da
recuperare sia il cromo esavalente che i PFOS.
Cianuro: il cianuro è stato ed è utilizzato largamente nel rivestimento di zinco, rame, cadmio, argento, oro,
così come anche nello sgrassaggio e nello stripping di nichel. Poiché non è possibile eliminarlo in tutti i
processi è considerata BAT, nel caso se ne faccia uso, la chiusura del ciclo in modo da evitarne consumi e
allontanamento attraverso le acque di scarico.
Zincatura: per quanto riguarda la zincatura è possibile sostituire il cianuro di zinco con lo zinco acido per le
finiture decorative. Questa possibilità inoltre permette una maggiore efficienza energetica ed emissioni meno
inquinanti. Laddove la distribuzione del metallo diventi una variabile fondamentale è possibile utilizzare i
bagni alcalini di zinco senza cianuro (in questo caso però possono essere presenti PFOS).
Ramatura: al cianuro di rame è possibile sostituire il rame acido o il pirofosfato di rame.
Cadmio: nell’applicazione del cadmio è considerata BAT la chiusura del ciclo dell’elemento in modo che il
metallo non sia disperso nelle acque di scarico determinate dalle soluzioni di risciacquo esauste.
Cromo esavalente: in generale ci sono limitazioni nella sostituzione del cromo esavalente. Sostituti come il
cromo trivalente non possono essere utilizzati nella cromatura dura mentre l’anodizzazione con acido cromico
ha applicabilità nell’industria aerospaziale, elettronica e in altri settori specifici. Per quanto riguarda la
cromatura decorativa è possibile rimpiazzarlo con il cromo trivalente deponendo uno strato di nichel e/o
89
passivando dove è richiesto una superiore resistenza alla corrosione. In alternativa è possibile utilizzare una
lega stagno-cobalto.
Quando è utilizzato cromo esavalente è considerata BAT coprire le linee e le vasche in cui è effettuata la
cromatura, disporre sistemi di aspirazione dei vapori da condensare e recuperare al fine di arrivare ad una
chiusura assoluta dei cicli a contatto col cromo (compreso dunque quelli delle acque di risciacquo).
PROCESSI DI RICOTTURA, TEMPRA E TRATTAMENTO TERMICO
Tecnica: Accorgimenti per la riduzione degli sprechi energetici nei trattamenti termici
Diversi possono essere gli accorgimenti atti a ridurre le perdite di calore durante i processi termici. Tra questi
ricordiamo:
‰
l’eliminazione delle perdite di calore durante le fasi di carico mediante misure operative
(apertura minima necessaria dello sportello) o mezzi strutturali (installazione di sportelli a più
sezioni per una chiusura più efficace);
‰
Riduzione delle perdite di calore nei prodotti intermedi riducendo al minimo i tempi di
stoccaggio e isolando il materiale (incapsulamento per la conservazione del calore o
coperture termiche).
Tecnica: Circuito chiuso del bagno di tempra
Poiché la qualità dell’acqua utilizzata per la tempra non deve essere necessariamente elevata è possibile
depurarla e reimmetterla in un circuito chiuso riducendo il consumo idrico. I contaminanti presenti, costituiti
perlopiù da Pb(OH)2 e PbCO3, insolubili, sono facilmente separabili. Questa tecnologia può essere applicata
ai bagni di tempra del processo di trafilatura.
Tecnica: Ottimizzazione del rapporto stechiometrico durante il processo termico in
forno
Mantenendo un rapporto ossigeno/combustibile leggermente inferiore a quello stechiometrico si è in grado di
escludere la presenza di O2 all’interno del forno. Tale modalità di gestione porta ad una minore efficienza
energetica ed è normalmente sconsigliata (vedi “Tecnologie per il miglioramento del rendimento di bruciatori
e centrali termiche”) ma riduce gli impatti derivanti dalla produzione di NOx (particolarmente rilevanti in
attività di trattamento termico) e l’efficienza dei successivi processi di decappaggio.
In sintesi questa metodica porta ai seguenti vantaggi:
• la riduzione della produzione di ossidi di ferro e dunque una maggiore efficienza di sfruttamento
della materia prima;
• una riduzione della contaminazione del bagno di decappaggio determinato da una minore
formazione di ossidi di ferro e dunque una maggiore vita del bagno di decappaggio (riduzione del
consumo di prodotti chimici pericolosi e minore produzione di rifiuti pericolosi);
• non sono prodotti NOx per l’assenza di O2
Poiché all’interno del forno, in assenza di ossigeno si formerà CO, gas tossico, sarà opportuno aggiungere
aria all’interno del forno in modo da ossidare il monossido di carbonio in anidride carbonica.
90
Preriscaldamento
preriscaldamento dell’aria
Tecnica:
del
materiale
in
entrata
al
forno
al
posto
del
Il preriscaldamento dell’aria in entrata al forno attraverso recupero del calore dei fumi di scarico rappresenta
di norma una efficiente gestione della combustione e permette di ridurre il consumo energetico. Laddove
invece, come nel caso dei trattamenti termici, vi sono problemi di produzione di NOx determinati dalle alte
temperatura raggiunte ad essa deve essere preferito il recupero del calore dei fumi per il preriscaldamento
del materiale in entrata.
PROCESSO DI LAMINAZIONE
Tecnica: Accorgimenti per il risparmio energetico
Diversi possono essere gli accorgimenti tecnologici atti a ridurre le dispersioni di energia nel processo di
laminazione caldo. Tra questi ricordiamo:
• misure contro il raffreddamento localizzato – Il materiale in riscaldo può, per contatto con gli stessi
sistemi di supporto all’interno del forno andare incontro a raffreddamenti localizzati. Per questo
motivo possono essere utilizzati supporti a bassa dissipazione di temperatura quali cavalieri o guide
inclinate. Possono essere applicati anche in impianti già esistenti.
• scudi termici – La tavola a rulli di trasferimento dal treno sbozzatore a quello finitore può essere
dotata di scudi termici che riducano le perdite di calore e le differenze di temperatura tra la testa e
la coda del materiale in ingresso al treno finitore. L’utilizzo di scudi termici non è possibile ove per
motivi legati alla qualità del prodotto o tecnici siano richieste temperature più basse al treno finitore.
Sono solitamente controindicati in impianti esistenti laddove le tavole a rulli potrebbero non
sopportare le maggiori temperature, inoltre la riduzione dei consumi energetici non giustifica gli
elevati costi di istallazione. Anche i costi di gestione possono risultare onerosi in quanto gli scudi
possono essere danneggiati facilmente dalle barre di trasferimento incurvate. Infine gli scudi termici
comportano un rischio più elevato di difetti superficiali (scaglie) per la maggiore temperatura a cui
viene mantenuta la barra di trasferimento.
• riduzione della sezione di passaggio - La riduzione delle sezioni di passaggio dei materiali in ingresso
e in uscita dai forni di laminazione permette di ridurre le fuoriuscite di calore attraverso i fumi o
l’ingresso di aria fredda dall’esterno. Il miglioramento può essere ottenuto riducendo al minimo
necessario l’apertura delle porte di entrata e uscita anche ad esempio con l’utilizzo di porte multisegmento.
I dispositivi presentati riducono le perdite di calore lungo i treni di laminazione, all’entrata e all’uscita dai
treni sbozzatori e rifinitori e nel passaggio tra i due impedendo un calo di temperatura significativa e dunque
permettendo un risparmio energetico.
Tecnica: Utilizzo del coil box (e del coil recovery furnace)
Nella laminazione a caldo prima che la barra arrivi alla cesoia del treno finitore, essa viene avvolta da un
aspo mandrino con calandra chiamato coil box, sotto forma di rotolo di spessore 16- 25 mm alla temperatura
di 1000-1100°C. Una volta avvolta tutta la barra su se stessa il rotolo viene trasferito su una culla svolgitrice
91
e la coda viene fatta avanzare verso la prima gabbia del treno finitore, che poi svolge tutto il rotolo. In
questo modo, l’ultima parte della barra laminata dallo sbozzatore, cioè la più fredda, viene ad essere
laminata per prima dal finitore per cui la temperatura della barra all’ingresso del finitore aumenta dalla testa
alla coda contrariamente a quanto avviene nella laminazione tradizionale, senza coil-box.
La barra rimane avvolta per il tempo che dura la laminazione al finitore e quindi non perde praticamente
temperatura.
In caso di fermate di durata significativa il coil può essere conservato nei forni di recupero di calore (“coil
recovery furnace”) dove viene ripristinata la temperatura di laminazione.
L’utilizzo del coil box consente una migliore distribuzione della temperatura lungo la barra di trasferimento e
implica dunque minori carichi per la laminazione del treno finitore.
Il risparmio energetico è però limitato dal fabbisogno aggiuntivo legato alla fase di avvolgimento e
svolgimento nonché, se presente, di riscaldo del forno di recupero del calore.
In definitiva i vantaggi della coil-box sono numerosi e fra questi:
1. riduzione dei consumi di combustibile per il riscaldo delle bramme
2. riduzione della potenza installata al treno finitore
3. riduzione del numero di gabbie finitrici
Questa tecnica può essere applicata ai laminatoi semicontinui per la produzione di nastri. La riduzione dei
consumi energetici è più evidente e dunque conveniente laddove i tempi di esposizione all’aria della barra di
trasferimento sono più lunghi.
L’utilizzo del coil box può portare ad un peggioramento della qualità del prodotto per effetto di aumento di
difetti superficiali, inoltre può determinare la riduzione della capacità produttiva del laminatoio.
Tecnica: Colata semifinita e colata in bramme sottili
Questa tecnica è applicabile a impianti nuovi integrati comprensivi dei processi di colata e laminazione a
caldo. Dal processo di colata sono prodotte bramme sottili o comunque di forma e dimensioni vicine a quelle
del prodotto finito. Lo sforzo successivo per la deformazione plastica viene così a ridursi considerevolmente
con conseguente riduzione dei consumi energetici.
Tecnica: Massimizzazione del livello di caricamento a caldo
Variando la logistica e la gestione dello stoccaggio intermedio è possibile massimizzare il livello di
caricamento a caldo o della laminazione diretta. Questa tecnica è utilizzabile solo laddove la qualità
superficiale della materia prima è alta e non necessita dunque di condizionamento del semilavorato. Con il
caricamento a caldo la temperatura dei pezzi si aggira intorno a 300 – 600°C mentre la laminazione diretta
prevede temperature di 900 – 1000°C. La riduzione dei tempi di stoccaggio intermedio porta a ridurre il
raffreddamento dei pezzi, in uscita dalla colata, e di conseguenza il consumo di energia necessario a
riportarli a temperatura. Oltre al consumo energetico sono ridotti gli impatti delle emissioni atmosferiche
determinate dai bruciatori quali C02, C0, S0X e N0X. Tale tecnica permette inoltre un aumento della
produttività ma normalmente è applicabile solo a nuovi stabilimenti dove gli spazi sono sufficienti e dove sia
possibile coordinare i programmi produttivi di colata e laminazione.
Tecnica: Ricircolo dell’acqua e recupero delle scaglie
Le acque di processo nella laminazione a caldo, quali quelle di raddrizzamento delle superfici, discagliatura e
raffreddamento possono essere depurate e riutilizzate. I trattamenti sono normalmente di tipo fisico essendo
92
i composti contaminanti prevalentemente costituiti da oli, che tendono a separarsi in quanto più leggeri
dell’acqua, scaglie e sedimenti metallici che si depositano in vasche di calma o che possono essere
intercettati attraverso filtri.
La depurazione e il riutilizzo delle acque di scarico può permettere di raggiungere rapporti di ricircolo
superiori al 95% e dunque una riduzione significativa dei consumi idrici e dei volumi di acqua scaricati.
Il sistema di depurazione è in grado, inoltre, di separare le scaglie di laminazione che possono così essere
riciclate internamente nel processo siderurgico o vendute. Anche gli oli possono essere recuperati per la
combustione internamente o esternamente.
Per gli impianti esistenti risulta necessario verificare la presenza di spazio adeguato per l’istallazione
dell’impianto di depurazione e riutilizzo.
Zn
Tecnica: Depurazione e ricircolo della soluzione di sgrassatura
La sgrassatura del materiale laminato avviene preventivamente al processo di trattamento termico attraverso
bagni contenenti fosfati, silicati alcalini o soda. Tali bagni possono essere depurati attraverso metodi
meccanici (filtrazione, disoleatura attraverso centrifugazione, etc.) o attraverso filtrazione a membrana. Le
soluzioni così depurate possono essere riutilizzate per più cicli riducendo consumi di sostanze pericolose (es.
soda) e acqua e la produzione di rifiuti liquidi pericolosi. Tale tecnologia è applicabile in particolare nei
processi di laminazione a freddo e zincatura.
PROCESSO DI DECAPPAGGIO/FLUSSAGGIO
Zn
Tecnica: Misure generali per ridurre il consumo di acidi nella fase di decappaggio
Diverse possono essere le misure atte a ridurre la necessità di trattamento acido nelle successive fasi:
• prevenzione della corrosione: un corretto stoccaggio e movimentazione permettono di ridurre il
fenomeno della corrosione responsabile della produzione di ossidi. Il consumo di acido del processo di
decappaggio dipende infatti dalla quantità di ossidi presenti. Un raffreddamento troppo veloce inoltre
aumenta i tempi del processo di decappaggio andando ad influire negativamente sui consumi energetici
a causa della modifica della struttura delle scaglie determinate da bruschi abbassamenti della
temperatura.
• riduzione del carico nella fase di decappaggio chimico attraverso fase di predescagliatura meccanica:
attraverso sistemi meccanici ad umido (es. acqua ad alta pressione) o a secco è possibile togliere gran
parte delle scaglie riducendo sensibilmente i consumi di acidi nella fase successiva di decappaggio. Se
effettuata con sistemi a secco si formano polveri che sarà necessario gestire opportunamente mentre
con i sistemi ad umido sarà utile prevedere sistemi di depurazione e riutilizzo dell’acqua in modo da non
aumentarne eccessivamente i consumi;
• uso del predecappaggio elettrolitico: è normalmente effettuato in soluzione elettrolitica alcalina (soda,
carbonato, etc): nel bagno è applicata corrente elettrica che determina il distacco e discioglimento degli
ossidi (ruggine) per reazione di ossido riduzione. Il pezzo costituisce l'anodo o il catodo.
• preferenza di impianti di decappaggio a turbolenza o a getto rispetto a quelli ad immersione: migliora
l’efficienza del processo riducendo i consumi di acido e di energia necessari a riscaldare il bagno;
• filtrazione meccanica delle soluzioni di decappaggio: allontana le scaglie dalla soluzione mantenendola
sempre pulita e allungandone il periodo di vita.
Tutte le sopraccitate tecniche e buone pratiche di gestione permettono di ridurre anche i rifiuti costituiti da
acidi esausti.
Queste misure si applicano alla laminazione a freddo, rivestimento a caldo per immersione continua,
trafilatura, e dovunque sia presente un impianto di decappaggio chimico.
93
Per ulteriori informazioni si consiglia di consultare il capitolo relativo alla pulizia e sgrassaggio industriale.
Zn
Tecnica: Recupero di acidi liberi
Diverse sono le tecniche attraverso le quali è possibile recuperare gli acidi liberi presenti nelle soluzioni
esauste di decappaggio. Tra queste ricordiamo:
• sistema a filtrazione meccanica più adsorbimento/desorbimento: attraverso un sistema di
filtrazione meccanica e ad adsorbimento con speciali resine è possibile recuperare l’acido libero presente
in soluzioni di decapaggio esauste. Successivamente alla filtrazione meccanica la soluzione è raffreddata
attraverso scambiatori di calore (il calore recuperato può essere eventualmente utilizzato per altri
processi, es. riscaldamento) prima di essere adsorbita da resine che sequestrano l’acido libero. Quando
le resine sono ormai sature attraverso un flusso di acqua è possibile desorbire l’acido (con efficienza del
80 – 90% per HCl e H2SO4) che può essere riutilizzato dunque nel processo di decappaggio. Può essere
utilizzato per acido cloridrico, solforico e soluzioni di acido fluoridrico e nitrico. Questo sistema è
economicamente valido quando il consumo di acido è superiore a 40 l/h e la concentrazione media di
metalli nella soluzione esausta non supera i 50 – 60 g/l;
• vaporizzazione e condensazione: il riscaldamento dell’acido esausto in un’atmosfera ossidante
determina la vaporizzazione della soluzione e la possibilità di convertire l’acido presente in acido libero
separandolo dal metallo (che è convertito in ossido). Il sistema prevede due fasi automatizzate, una di
evaporazione attraverso trattamento termico, l’altra di condensazione. Alla fine è possibile ottenere una
soluzione di acido libero (con una concentrazione che varia dal 5 al 15%) e una soluzione concentrata di
cloruro di ferro. La generazione di acido libero è finalizzata all’ottenimento di un prodotto ottimale per il
decapaggio mentre gli ossidi di metallo sono gestiti come rifiuti o sottoprodotto. Da un punto di vista
economico un impianto di rigenerazione interno risulta conveniente quando permette di trattare ingenti
quantitativi di acido. Altra possibilità è il recupero esterno. Questo sistema è utilizzato per l’acido
cloridrico.
• Cristallizzazione di acido solforico: laddove è utilizzato H2SO4 è possibile sfruttare il processo di
cristallizzazione di solfato ferroso eptaidrato (FeSO4*7H2O) e riutilizzare la fase liquida composta da
acido solforico. Tale tecnologia di cristallizzazione è comune ed economicamente conveniente se
FeSO4*7H2O viene considerato un sottoprodotto.
• Elettrodialisi: si tratta di una tecnica che può essere utilizzata per acido cloridrico, solforico e soluzioni
di acido fluoridrico e nitrico. Il principio si basa sulla capacità di apposite membrane di far passare ioni
negativi e ioni idrogeno e non cationi metallici. Oltre all’acido esausto è utilizzata acqua demineralizzata
che passando per i pori delle membrane va in soluzione con gli acidi liberi producendo dunque il nuovo
bagno di decappaggio. Con questo sistema è possibile recuperare fino all’85% dell’acido libero con una
contaminazione da metalli intorno al 5%. Altri vantaggi sono i consumi energetici bassi così come i costi
di mantenimento dell’impianto che non necessita di molto spazio. Le membrane durano normalmente dai
3 ai 5 anni, la loro vita utile può però essere ridotta da soluzioni acide con presenza di HNO3 maggiore
del 20%, acido cromico, idrogeno perossido, temperature superiori ai 45°C o da sostanze organiche
quali grassi, oli, solventi o tensioattivi. Economicamente è conveniente quando il consumo di acido è
superiore a 60l/h e la concentrazione media di metalli nella soluzione esausta non supera i 50 – 60 g/l.
Queste tecnologie sono applicabili laddove si effettui decappaggio chimico quali in particolare gli impianti di
laminazione a freddo, rivestimento a caldo per immersione continua, trafilatura, etc.
Zn
Tecnica: Rigenerazione di acidi
Diverse sono le tecniche utili a rigenerare acidi esausti. Tra queste ricordiamo:
• Piroidrolisi attraverso:
o Letto fluidizzato: si basa su un processo di decomposizione termica in grado di dividere dalla
soluzione acida esausta acido libero (HCl) e ossido di ferro (Fe2O3) in presenza di vapore acqueo
94
e ossigeno. Il processo inizia con l’iniezione della soluzione acida esausta in un separatore e
successivamente in uno scrubber Venturi dove è concentrata attraverso i gas caldi provenienti
dal reattore. Da qui:
ƒ una parte della soluzione di decappaggio esausta appena concentrata e preriscaldata è
pompata al reattore;
ƒ l’altra parte della soluzione di decappaggio esausta appena concentrata ritorna al
separatore.
Nel reattore dove è presente un letto fluido costituito da granuli di ossidi di ferro ad una
temperatura di 850°C avviene la reazione di evaporazione di acido e acqua mentre il cloruro di
ferro è convertito in ossido di ferro e acido cloridrico gassoso.
4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl(gas) + 2 Fe2O3
o
L’ossido di ferro rappresenta una materia prima importante utilizzata da diversi processi
produttivi come quelli della produzione di materiale magnetico, abrasisi, cosmetici, pigmenti, etc.
La parte destinata al separatore si divide nella parte liquida che ritorna allo scrubber Venturi
mentre i gas sono spinti all’interno di una colonna di assorbimento dove l’acido cloridrico libero è
adsorbito e separato con acqua di risciacquo dell’impianto di decappaggio e successivamente con
acqua pura. L’acido cloridrico così rigenerato ha una concentrazione di circa il 18% e può essere
stoccato in serbatoi e utilizzato dalla linea di decappaggio. Questo sistema è in grado di
rigenerare acido cloridrico da soluzioni con diverse concentrazioni. L’efficienza di recupero è
maggiore rispetto a tutte le altre tecniche raggiungendo valori maggiori del 99%.
Arrostimento a spruzzo: è una tecnica utilizzata sia per acido cloridrico che per acidi misti
(HF/HNO3). La separazione piroidrolitica del cloruro di ferro e dell’acqua avviene all’interno di un
reattore a 450°C. I gas caldi dal reattore sono immessi all’interno di uno scrubber Venturi dove
sono raffreddati preconcentrando l’acido esausto. L’acido in questo modo pre-concentrato è
spruzzato nel reattore dall’alto. Nella discesa il calore determina l’evaporazione dividendo l’acido
cloridrico e l’ossido di ferro attraverso la seguente reazione:
4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3
•
•
L’ossido di ferro si concentra sul fondo del reattore da dove viene convogliato pneumaticamente
ad un serbatoio dedicato e qui valorizzato come sottoprodotto per la produzione di materiali
magnetici.
L’acido cloridrico in forma gassosa, il vapore e i gas di combustione sono condotti ad una
colonna di assorbimento. L’acido cloridrico è assorbito dalla colonna e separati con acqua di
risciacquo proveniente dalla linea di decappaggio. I fumi rimanenti sono depurati. L’acido
rigenerato ad una concentrazione di circa il 18% che può così essere utilizzato direttamente nel
processo di decappaggio.
Per quanto riguarda il recupero di acidi misti il processo risulta sostanzialmente lo stesso, mentre
è leggermente diverso l’impianto di depurazione dei fumi che necessita di un convertitore
catalitico per gli NOX.
rigenerazione elettrolitica: è basata sulla precipitazione del ferro al catodo e alla formazione di acido
all’anodo. Nella rigenerazione elettrolitica dell’acido cloridrico si formano gas contenenti cloro che
dovranno essere aspirati. Per quanto riguarda invece la rigenerazione dell’acido solforico anodo e catodo
sono separati da una membrana a scambio ionico ed è necessario un altro elettrolita (solfato
d’ammonio). Il ferro precipita in piatti di acciaio catodici mentre gli ioni solfato presso l’anodo ri-formano
l’acido solforico.
membrana bipolare: Il sistema prevede dapprima il recupero dell’acido libero (es. attraverso dialisi per
diffusione). La soluzione rimanente di acido esausto viene neutralizzata con una base (es. KOH)
generando ossidi di metalli e sali (es. KCl o nel caso di acidi misti KF). Gli idrossidi di metallo precipitano
come fanghi e possono poi venire disidratati. La soluzione di sali è invece mandata nel sistema a
membrana bipolare. La membrana utilizzata è composta di due strati distinti caricati uno positivamente e
l’altro negativamente. Quando vi è passaggio di corrente elettrica i cationi (potassio) passano attraverso
la membrana di scambio cationico, gli anioni (cloruro, fluoruro) attraverso le membrane di scambio
anionico. Anioni e cationi vanno a posizionarsi così in due setti separati. In setti paralleli a causa della
membrana bipolare l’acqua è continuamente dissociata in ioni H+ e OH-. Sono così generati acidi e basi
(es. KOH, HCl). L’acido rigenerato può essere utilizzato per il decappaggio, la base è utilizzata per la fase
di neutralizzazione.
95
•
Evaporazione: è un sistema di rigenerazione utilizzato per le soluzioni esauste utilizzate per il
decappaggio con acidi misti (HF/HNO3). Gli acidi esausti sono fatti reagire a caldo (80 °) con acido
solforico in modo che nitrati (ES. NiNO3) e fluoruri (es.CrF2) di metallo formino metallo solfati liberando
gli acidi. Acqua, HF e HNO3 sono quindi vaporizzati e condensati. La soluzione di solfato di metallo è
ulteriormente riscaldata e aggiunta di acido solforico in modo da estrarre ulteriore acido e cristallizzare i
solfati metallici. I solfati sono infine ispessiti e vengono dunque separati dall’acido solforico che può
essere riutilizzato.
Tali sistemi sono utilizzati nella laminazione a freddo, rivestimento a caldo per immersione continua e
trafilatura.
Zn
Tecnica: Decapaggio a cascata
In questo caso il decapaggio è effettuato su 2 o 3 vasche poste in serie. Il flusso di acido scorre (in modo
continuo o discontinuo) in verso contrario rispetto a quello del pezzo da trattare da un bagno all’altro. In
questo modo è possibile ridurre il consumo di acido e la produzione di soluzione acida decapante esausta
mantenendo altresì una buona qualità del processo.
Questa tecnologia è applicabile in impianti nuovi ed esistenti di trafilatura, rivestimento a caldo, etc . L’unico
limite può essere la mancanza di spazio necessaria per accogliere più vasche.
Da un punto di vista economico i costi di questa tecnologia includono:
‰
maggiore spazio, maggiore superficie del pavimento resistente all’acido, e doppi contenimenti
più ampi;
‰
una o due vasche supplementari e un sistema di pompaggio annesso;
‰
un software di gestione più complesso per il monitoraggio del livello e delle concentrazioni
dei bagni di decapaggio;
‰
un software dedicato alla gestione e controllo dei tempi di permanenza nel caso sia
necessario, per diverse tipologie di manufatti, tempi di decapaggio differenti.
Zn
Tecnica: Riscaldamento indiretto degli acidi tramite scambiatori di calore o
combustione sommersa
Diversi possono essere i metodi per riscaldare le soluzioni acide. Tra questi è sconsigliato quello
dell’immissione di vapore all’interno del bagno in quanto viene in definitiva effettuata una diluizione non
utile. Le tecnologie consigliate invece da un punto di vista ambientale sono due, e in particolare:
• scambiatori di calore: risultano molto vantaggiose allorquando sia possibile recuperare calore da altri
processi, affinché siano in grado di scambiare in modo efficiente calore però è necessaria una superficie
importante.
• Bruciatori sommersi: hanno una migliore efficienza di trasferimento anche se determinano maggiori
consumi energetici. Anche i fumi di combustione (CO, NOX, etc.) prodotti possono determinare
problematiche di salubrità degli ambienti di lavoro.
Zn
Tecnica: Utilizzo a cascata della soluzione di sgrassatura
La soluzione basica utilizzata per la sgrassatura elettrolitica è riutilizzata successivamente nella fase di
sgrassatura attraverso spray. La soluzione infine esausta successiva alla fase spray può essere rigenerata
esternamente. Questa tecnologia permette di ridurre i consumi di soluzione sgrassante (e acqua) nonché gli
apporti di acque reflue da trattare e i conseguenti fanghi di depurazione, determina però un aumento dei
96
consumi energetici. I costi di investimento sono medi mentre bassi di costi di gestione. La tecnologia è
applicabile al settore del rivestimento a caldo.
Zn
Tecnica: Separazione dei bagni di decappaggio – strippaggio
Gli acidi esausti miscelati contenenti grandi quantità di sali di ferro e zinco sono molto difficilmente
riutilizzabili o riciclabili. Tenere separati i due bagni permette dunque di ridurre i quantitativi di rifiuti e
permettere un più facile ed economico recupero. Si applica alla zincatura discontinua.
Zn
Tecnica: Aumento della vita utile del bagno di flussaggio
Dopo il decapaggio i manufatti in acciaio sono risciacquati in vasca di lavaggio statica oppure attraverso più
immersioni in altrettante vasche.
Il lavaggio è effettuato per evitare il trascinamento, all’interno del bagno di flussaggio sia di liquido di
decapaggio, che altera il pH, sia di ioni Fe++ che inquinano la soluzione flussante riducendone la vita
operativa.
Per gli impianti esistenti l’unico limite può essere rappresentato dalla mancanza di spazio per la vasca o le
vasche di lavaggio.
Zn
Tecnica: Sistemi di lavaggio e riutilizzo del bagno di risciacquo
Dopo il decapaggio i manufatti in acciaio possono essere risciacquati in una vasca di lavaggio. Allorquando
l’acqua di lavaggio raggiunga livelli di contaminazione tali da renderla non più utilizzabile essa può essere
utilizzata per i rabbocchi del bagno precedente di decapaggio.
Con una gestione accurata è poi possibile riutilizzare completamente l’acqua di lavaggio per i rabbocchi della
vasca di decapaggio producendo dunque scarichi idrici solo in casi eccezionali.
Zn
Tecnica: Recupero di liquidi di flussaggio da liquidi di decapaggio/strippaggio esausti
L’acido cloridrico esausto da decapaggi e strippaggi combinati, caratterizzato da elevate concentrazioni di
zinco e ferro, può essere processato ed essere successivamente utilizzato come liquido di flussaggio. Dopo
l’ossidazione con perossido di idrogeno la soluzione viene neutralizzata con ammoniaca determinando la
deposizione di idrossido di ferro che viene così separato sotto forma di fango. Il liquido rimanente contiene
elevate concentrazioni di cloruro di zinco e ammonio e può essere riutilizzato come soluzione flussante.
Questo sistema permette di ridurre i consumi di sostanze pericolose (soluzione flussante) e al contempo di
ridurre la produzione di rifiuti pericolosi (soluzioni di decapaggio/strippaggio esauste). Si applica al processo
di zincatura discontinua.
Il sistema è considerato BAT solo laddove le vasche di decapaggio e strippaggio non siano separabili.
97
Zn
Tecnica: Sistemi di rigenerazione dei bagni di flussaggio
La rigenerazione dei bagni di flussaggio è possibile in situ attraverso diverse tecniche quali:
‰ ossidazione elettrolitica: il passaggio di corrente elettrica attraverso la soluzione determina un
ambiente ossidante che trasforma il Fe2+ a Fe3+ che precipita come idrossido di ferro e viene
separato dalla soluzione
‰ colonna a scambio ionico: il processo inizia con una filtrazione che ha lo scopo di eliminare possibili
particelle solide che possono creare problemi al funzionamento della colonna. È aggiunto
successivamente NaOH per raggiungere il pH ottimale. La soluzione è a questo punto fatta passare
per una colonna a scambio ionico che adsorbe ioni ferro. Il liquido che fuoriesce dalla colonna può
essere così riutilizzato per il flussaggio. Una volta saturata la resina è rigenerata attraverso una
soluzione di HCl che porta in soluzione e allontana gli ioni ferro.
‰ con aggiunta di H2O2: il bagno esausto è immesso all’interno di un reattore in cui è presente
ammoniaca e idrogeno perossido che rispettivamente servono per mantenere un determinato pH e
potenziale redox. Il ferro ossida e precipita come fango costituito da idrossidi di ferro. Questo fango
è poi disidratato con filtro pressa e il liquido che ne fuoriesce può essere riutilizzato nel bagno di
flussaggio.
Nel caso in cui non sia possibile installare apposito impianto, può essere demandata esternamente a ditte
specializzate.
La rigenerazione dei bagni di flussaggio permette di ridurre i costi di acquisto di sostanze pericolose e di
gestione dei rifiuti costituiti dalle soluzioni esauste.
Si applica al processo di zincatura discontinua.
PROCESSO DI RIVESTIMENTO
Zn
Tecnica: Copertura del bagno di piombo durante il patentamento
Mantenere una copertura del bagno fuso di piombo durante la fase di patentamento eventualmente
attraverso uno strato protettivo o una chiusura mobile permette di minimizzare le perdite per ossidazione di
ossidi di piombo e ridurre le perdite energetiche.
Zn
Depurazione
passivazione/cromatura
Tecnica:
e
riutilizzo
della
soluzione
di
fosfatazione
e
La soluzione di fosfatazione e cromatura/passivazione può essere filtrata e ricircolata. Solo una minima parte
di essa è periodicamente smaltita come rifiuto. In questo modo è possibile consumare un quantitativo
minore di soluzione e inoltre minore sarà il carico dell’impianto di trattamento delle acque di risciacquo e dei
fanghi di depurazione prodotti dall’impianto stesso. Questa tecnologia è applicabile a impianti nuovi o
esistenti (in questo ultimo caso necessita di spazi sufficienti). I consumi energetici possono aumentare a
causa del funzionamento dell’impianto di ricircolo e filtrazione.
98
Zn
Tecnica: Utilizzo di cilindri spremitori
All’uscita di ogni bagno di trattamento (fosfatazione/passivazione) i pezzi sono fatti passare attraverso cilindri
che hanno la funzione di drenare la parte di soluzione ancora presente sull’oggetto trattato e convogliarla nel
bagno. In tal modo non si perdono agenti chimici e i bagni successivi non sono inquinati.
Zn
Tecnica: Accorgimenti per la riduzione del consumo energetico nei processi di
rivestimento elettrolitico
Diversi possono essere gli interventi di tipo gestionale o tecnologico atti a ridurre i consumi di energia
elettrica nei processi di rivestimento elettrolitico. Tra questi ricordiamo:
• la minimizzazione delle perdite di energia reattiva mantenendo il valore di cos Φ sempre superiore al
valore di 0,95;
• riduzione della caduta di differenza di potenziale tra elettrodi e connettori riducendo la distanza tra gli
anodi e i raddrizzatori di corrente.
• accrescere la conduttività della soluzione attraverso speciali additivi.
Zn
Tecnica: Accorgimenti per la riduzione dei consumi di energia termica nei bagni chimici
ed elettrochimici
Svariati possono essere gli accorgimenti atti a ridurre i consumi di energia termica necessari per il
riscaldamento dei bagni chimici di processo. Tra questi ricordiamo:
• coibentazione delle vasche di processo in cui sono utilizzate soluzioni riscaldate;
• ottimizzazione delle aspirazioni:compatibilmente con le necessità di sicurezza degli ambienti di lavoro
può essere utile evitare aspirazioni forzate delle vasche riscaldate qualora esse possano essere ubicate,
assicurando la medesima salubrità degli ambienti di lavoro, per esempio nelle vasche successive nelle
quali la soluzione non deve essere riscaldata;
• copertura delle vasche in cui sono presenti bagni riscaldati;
• preriscaldamento attraverso scambiatori di calore dei bagni: diverse possono essere le fonti di calore che
può essere recuperato per pre-riscaldare le soluzioni quali soluzioni esauste, acque di raffreddamento di
impianti, etc.
Zn
Tecnica: Miglioramento dell’efficienza dei bagni chimici
L’agitazione della soluzione nei processi chimici attraverso turbolenza idraulica o agitazione meccanica dei
pezzi da trattare permette il ricambio della soluzione nell’interfaccio soluzione-metallo migliorando l’efficienza
della soluzione e riducendo così la necessità di più frequenti sostituzioni del bagno chimico e riducendo così i
consumi di sostanze chimiche e la produzione di rifiuti liquidi pericolosi mantenendo inoltre alti livelli
qualitativi. Non sono da considerare BAT l’agitazione di bagni contenti cianuro (CN) e altre sostanze
99
particolarmente pericolose e volatili e non è ammessa l’insufflazione di aria ad alta pressione. In caso di
insufflazione di aria a bassa pressione sono necessarie alcuni accorgimenti (es. aspirazione).
100
Quadro sintetico di correlazione tra tecniche pulite e fattori
ambientali
Le implicazioni ambientali determinante dalle varie tecnologie di miglioramento sono diverse in quanto
possono essere molteplici i benefici conseguibili attraverso l’adozione delle varie soluzioni prospettate. Può
quindi risultare utile la consultazione della seguente scheda riassuntiva che esplicita i fattori ambientali
migliorati dalle varie tecniche e gli specifici campi di applicazione.
TECNICHE
SETTORE
METALMECCANICO FATTORE
SPECIFICO
AMBIENTALE
Tutti
Aria
Bruciatori a bassa emissione di ossidi di azoto (low- Tutti
NOx)
Aria
Sistemi vari per l’incremento dell’efficienza delle Tutti
apparecchiature elettriche
Energia
Sistemi di compressione dell’aria
Tutti
Energia
Tecnologie per il miglioramento del rendimento di Tutti
bruciatori e centrale termiche
Sistemi di cogenerazione
Tutti
Energia
Sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili
Energia
Utilizzo di combustibili a minor impatto ambientale
Tutti
Energia
Circuito chiuso delle acque di raffreddamento e Tutti
sistemi di raffreddamento a basso consumo
energetico
Trattamento e riutilizzo dell’acqua
Tutti
Acqua
Sensori applicati a sistemi a getto di pressione
Tutti
Acqua
Sfruttamento delle acque piovane
Tutti
Acqua
Depurazione e ricircolo della soluzione sgrassante
Formatura e Lavaggio/Sgrassaggio
Acqua
Acqua
Sistema a cascata delle acque di risciacquo e Lavaggio/Sgrassaggio e Rivestimento
riutilizzo dell’over-flow
Acqua
Lubrificazione elettrostatica
Formatura e Finitura
Sostanze pericolose
Rilevatori di perdite
Formatura
Sostanze pericolose
Depurazione e riutilizzo di lubrificanti
Finitura
Sostanze pericolose
Separazione dell’olio dalle acque di drenaggio e Formatura
riutilizzo dell’olio recuperato
Unità di controllo erogazione oli per produzione Finitura
emulsioni
Sostanze pericolose
Raccolta
metallici
Materie prime
e
recupero
differenziato
degli
scarti Tutti
101
Sostanze pericolose
TECNICHE
SETTORE
METALMECCANICO FATTORE
SPECIFICO
AMBIENTALE
Strategie per ridurre gli impatti del packaging
Tutti
Imballaggi
Recupero e riutilizzo delle emulsioni
Verniciatura e Finitura
Rifiuti e scarti
Demineralizzazione
dell’acqua
emulsioni
Recupero energetico oli esausti
utilizzata
Utilizzo di separatori di fanghi di molatura
per Finitura
Rifiuti e scarti
Formatura
Rifiuti e scarti
Finitura
Rifiuti e scarti
Stoccaggio in sicurezza di particolari tipologie di Tutti
metalli
Accorgimenti per la riduzione del rumore
Tutti
Rifiuti e scarti
Vernici a base acquosa
Verniciatura
Vernici ad alto solido
Verniciatura
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Vernici in polvere
Verniciatura
Altre vernici
Verniciatura
Tecniche di verniciatura
Verniciatura
Prodotti per lo sgrassaggio/lavaggio industriale a Lavaggio/Sgrassaggio
minor impatto ambientale
Tecniche a minor impatto per la pulizia/sgrassaggio Lavaggio/Sgrassaggio
e sverniciatura di metalli
Spazzolatura
Lavaggio/Sgrassaggio
Getti ad alta e bassa pressione
Lavaggio/Sgrassaggio
Lavaggio a vapore
Lavaggio/Sgrassaggio
Lavaggio al plasma
Lavaggio/Sgrassaggio
Pulizia con fluido supercritico
Lavaggio/Sgrassaggio
Asportazione laser
Lavaggio/Sgrassaggio
UV/Ozono
Lavaggio/Sgrassaggio
Lampade flash allo xenon
Lavaggio/Sgrassaggio
Termosverniciatura
Lavaggio/Sgrassaggio
Rimozione in letto fluido
Lavaggio/Sgrassaggio
102
Rumore
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Aria
Sostanze pericolose
Aria
Sostanze pericolose
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
TECNICHE
SETTORE
METALMECCANICO FATTORE
SPECIFICO
AMBIENTALE
Bagni in sale fuso
Lavaggio/Sgrassaggio
Processo criogenico con utilizzo di azoto liquido
Lavaggio/Sgrassaggio
Accorgimenti per la riduzione dei consumi idrici
Lavaggio/Sgrassaggio
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Aria
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Risciacquo spray
Lavaggio/Sgrassaggio
Rigenerazione e riutilizzo dell’acqua di risciacquo
Lavaggio/Sgrassaggio
Acqua
Sostanze pericolose
Acqua
Tecniche di risciacquo multiplo
Lavaggio/Sgrassaggio
Acqua
Accorgimenti per la riduzione
energetici nei trattamenti termici
Circuito chiuso del bagno di tempra
degli
sprechi Formatura
Formatura
Energia
Acqua
Ottimizzazione del rapporto stechiometrico durante Formatura
il processo termico in forno
Preriscaldamento del materiale invece che dell’aria Formatura
in entrata al forno
Accorgimenti per il risparmio energetico
Formatura
Aria
Utilizzo di Coil box
Formatura
Energia
Colata semifinita e colata in bramme sottili
Formatura
Energia
Massimizzazione del caricamento a caldo
Formatura
Energia
Ricircolo acque e recupero scaglie
Formatura
Acqua
Aria
Energia
Rifiuti e scarti
Depurazione
sgrassatura
e
ricircolo
della
soluzione
di Laminazione
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Misure generali per la riduzione del consumo di acidi Rivestimento
in fase di decappaggio
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Recupero di acidi liberi
Rivestimento
Rigenerazione di acidi
Rivestimento
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Decappaggio a cascata
Rivestimento
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Riscaldamento indiretto degli acidi tramite Rivestimento
scambiatori di calore o combustione sommersa
Energia
Aria
Utilizzo a cascata della soluzione di sgrassatura
Rivestimento
Separazione dei bagni di decappaggio-strippaggio
Rivestimento
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
103
TECNICHE
SETTORE
Aumento della vita utile del bagno di flussaggio
METALMECCANICO FATTORE
SPECIFICO
AMBIENTALE
Rivestimento
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Sistemi di lavaggio e riutilizzo del bagno di Rivestimento
risciacquo
Recupero di liquidi di flussaggio da liquidi di Rivestimento
decappaggio/strippaggio esausti
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Sistemi di rigenerazione dei bagni di flussaggio
Rivestimento
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Copertura del bagno di piombo
Rivestimento
Aria
Energia
Depurazione e riutilizzo
fosfatazione e cromatura
Utilizzo di cilindri spremitori
della
soluzione
di Rivestimento
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Rivestimento
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Accorgimenti per la riduzione del consumo Rivestimento
energetico nei processi di rivestimento elettrolitico
Accorgimenti per la riduzione dei consumi di energia Rivestimento
termica nei bagni chimici ed elettrochimici
Miglioramento dell’efficienza dei bagni chimici
Rivestimento
104
Energia
Energia
Sostanze pericolose
Rifiuti e scarti
Acqua
Glossario
Decappaggio: L'operazione di decapaggio può essere effettuata principalmente in tre modi: Pulizia
Chimica, Pulizia Elettronica o Pulizia Meccanica. Il decapaggio è un operazione effettuata per eliminare
tramite acido o altra sostanza chimica (decappaggio chimico) la patina di ruggine dai prodotti siderurgici
laminati a caldo. I materiali che solitamente sono soggetti a decapaggio sono gli acciai che a causa delle
alterazioni termiche dovute alle lavorazioni degli stessi (quali ad esempio le saldature) perdono, soprattutto
nel punto in cui sono stati lavorati, parte del cromo che li rende inattaccabili (inossidabili) esponendo
all'ambiente la loro parte più vulnerabile: il ferro.
Discagliatura: Operazione di rimozione a caldo dello strato di ossido superficiale delle billette ottenuta
mediante getto di acqua o aria ad alta pressione.
Flussaggio: durante questo processo il metallo da zincare è immerso o spruzzato con una soluzione di
cloruri di zinco e ammonio. Tale trattamento riveste la superficie di una pellicola protettiva, che impedisce
l'ossidazione del pezzo, finché quest'ultimo viene immerso nello zinco fuso, e migliora la reazione tra il ferro
della superficie d'acciaio e lo zinco.
Fosfatazione: è un processo chimico mediante il quale si altera la superficie di un materiale metallico,
creando dei cristalli fosfatici legati chimicamente al substrato col fine di sfruttare le proprietà di questi
composti per migliorare la resistenza alla corrosione e favorire l’adesione della successiva verniciatura
Fresatura: è una lavorazione meccanica a freddo per asportazione di truciolo, che permette di realizzare un
pezzo finito, la cui forma è stata definita a progetto, partendo da un pezzo grezzo di metallo e asportando il
materiale in eccesso, che è detto sovrametallo. Per poter realizzare il pezzo finito è necessario che questo
possa essere inscritto nel pezzo di partenza da cui verrà asportato il sovrametallo. La lavorazione viene
effettuata mediante utensili detti frese, montate su macchine utensili quali fresatrici o fresalesatrici.
Granigliatura: nota anche come “sabbiatura” si tratta di una lavorazione superficiale utilizzata per
preparazione delle superfici a successive applicazioni di un qualsiasi rivestimento protettivo come la
verniciatura. Permette di pulire l’oggetto da agenti contaminanti come ossidi formati a caldo o a freddo per
corrosione (ruggine), residui di saldatura o brasatura; eliminazione di piccole bave da pezzi stampati e
presso fusi.
Lappatura: un'operazione meccanica che si esegue su una superficie metallica per rendere minima la sua
rugosità; utilizzando appropriati abrasivi è possibile portare le superfici a specchio.
Molatura: E' una lavorazione meccanica di asportazione superficiale di materiale metallico mediante disco
rigido o flessibile, ricoperto di materiale abrasivo, che posto ad elevata rotazione, opera la citata
asportazione. L'utensile in senso lato è costituito di un motore elettrico o pneumatico, che mette in rotazione
l'utensile vero e proprio costituito dal disco. Nelle costruzioni previste in questa voce essa può essere svolta
anche per sagomare i bordi della lamiera oltre che per asportare l'eccesso di materiale di apporto di
saldatura e può perfino essere utilizzato per tagliare le lamiere.
Passivazione: un processo di formazione di ossido protettivo sulle superfici degli acciai. Anche la
passivazione, che è normalmente eseguita dopo il decappaggio, avviene per mezzo di soluzioni acide e/o
agenti chimici. È il trattamento chimico per eccellenza nella protezione superficiale della resistenza alla
corrosione dei metalli e ha lo scopo di potenziare la formazione spontanea di un film passivante e protettivo.
Patentamento: è una forma di tempra consistente nel far passare con movimento continuo un filo di
acciaio all'interno di un bagno termale di piombo fuso a 500°C. lo shock termico determina una
trasformazione della struttura cristallina della lega di acciaio (perlite) caratterizzata da ottime qualità
meccaniche e particolarmente adatta alla trafilatura.
PFOS: I perfluorottano sulfonati (PFOS) sono anioni disponibili in commercio sotto forma di sali, prodotti
derivati e polimeri. Le sostanze di tipo PFOS sono state utilizzate principalmente per rendere resistenti ai
grassi, oliorepellenti e idrorepellenti materiali quali i tessuti, i tappeti, le tappezzerie, i pellami,
105
l'abbigliamento, la carta e in generale i rivestimenti. Altri impieghi, quantitativamente più limitati, riguardano
i settori della cromatura, della fotografia, della fotolitografia, delle schiume antincendio e dei fluidi idraulici
per l'aviazione. Visto che i PFOS sono persistenti nell'ambiente, tendono al bioaccumulo e sono tossici per i
mammiferi
Rettifica: procedura eseguita con una macchine chiamata Rettificatrice, che ha come utensile una mola a
grana fine ed estremamente dura. Serve per portare un qualsiasi componente nello stato di forma o
superficie ottimale di progetto togliendo tutti i residui o materiale in eccesso e facendo raggiungere alla
superficie lavorata un alto grado di finitura.
Ricottura: consiste nel riscaldamento ad una temperatura solitamente inferiore a quella di fusione, seguito
dalla permanenza di durata opportuna e da un lento raffreddamento (in forno). Tramite la ricottura viene
alterata la microstruttura del materiale, causando mutamenti nelle sue proprietà quali la flessibilità e la
durezza. Il risultato tipico è la rimozione dei difetti della struttura cristallina.
Satinatura: è un'operazione che consiste nel martellamento superficiale eseguito a freddo mediante un
violento getto di pallini sferici o di cilindretti; le macchine che eseguono detto trattamento, le pallinatrici,
proiettano il getto verso i pezzi da lavorare tramite una girante centrifuga in rapida rotazione oppure tramite
aria compressa. In ogni caso i materiali utilizzati per la graniglia possono essere ghisa, acciaio, vetro e, più
raramente, ceramica. La pallinatura provoca una compressione superficiale, in quanto il suo getto induce
una deformazione plastica che si propaga fino ad alcuni decimi di millimetro nel materiale considerato.
Tecnicamente essa serve a migliorare la distribuzione delle tensioni superficiali, aumentando la resistenza a
fatica del pezzo trattato.
Scriccatura: E' una lavorazione tecnologica che consiste nella eliminazione di eventuali difetti, denominati
cricche, presenti all'interno dei getti di fusione o all'interno dei giunti saldati. L'eliminazione delle cricche è
indispensabile in quanto questi difetti, che altro non sono se non delle mancanze di continuità dei materiale,
devono essere rimossi al fine di eliminare eventuali possibilità di rottura dei pezzi o dei particolari che la
contengono. L'operazione tecnologica di scriccatura può avvenire o mediante l'utilizzo di utensili ad
azionamento elettrico o pneumatico quali le mole oppure anche utilizzando un particolare processo di
saldatura con elettrodo di grafite ed aria compressa. L'operazione di scriccatura si effettua scavando nella
zona dove è stata individuata la cricca al fine di poter ripristinare, con le passate di saldature, la continuità
della giunzione o dei materiale. Nel gergo corrente alcuni addetti chiamano scriccatura anche l'operazione di
asportazione dell'eccesso di materiale di apporto nelle giunzioni saldate.
Strippaggio: processo attraverso il quale è possibile con l’immersione in acidi (solitamente acido cloridrico)
la rimozione dello strato di zinco da pezzi metallici.
Tornitura: un processo di produzione industriale ottenuta per asportazione di truciolo. La tornitura viene
definita da un moto rotatorio del pezzo e un moto per lo più rettilineo dell'utensile (nella fresatura e nella
foratura l'utensile possiede un moto rotatorio). Il tagliente dell'utensile penetra nel materiale del pezzo e ne
stacca la parte in eccesso (sovrametallo) formando così un truciolo. La macchina utensile usata per la
tornitura è il tornio.
106
Bibliografia
•
Guide to industrial assessments for pollution prevention and energy efficiency, EPA, giugno 2001.
•
http://www.cage.rti.org/index.cfm
•
http://www.sage.rti.org/altern.cfm
•
Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC): Reference Document on Best Available
Techniques in the Ferrous Metals Processing Industry (December 2001)
•
Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC): Reference Document on Best Available
Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics (August 2006)
•
Verniciatura a basso impatto ambientale, A. Vignali, Pitagora Editrice Bologna, 1994.
•
Studio su tecnologie più pulite per i settori produttivi della Provincia di Lecco, Ambiente Italia –
Istituto di ricerche.
•
Environmental Protection Agency (USA)
•
http://www.epa.gov
•
Pacific Northwest Pollution Prevention Resource Center
•
http://www.pprc.org
•
North Carolina Division of Pollution Prevention and Environmental Assistance (DPPEA)
•
http://www.p2pays.org/
Per ulteriori informazioni consultare il sito web:
www.tecnologiepulite.it
107