Riassunto analitico
Negli ultimi anni una parte del mercato globale dei ceramici tradizionali, ed in particolare quello del Grès Porcellanato, sta consolidando una richiesta sempre maggiore di piastrelle a grande formato (fino a 1.60 x 4.20 metri) e con diverso spessore. Le ultime innovazioni tecnologiche rivolte al processo ceramico hanno consentito di superare i limiti e i vincoli dei sistemi tradizionali, permettendo di operare su formati, spessori e decoro superficiale; la ricerca si è quindi spostata sull’ottimizzazione degli impasti ceramici tradizionali così che presentino determinate caratteristiche chimico-fisiche e mineralogiche tali da adattarsi alla produzione di piastrelle in Gres Porcellanato a grande formato o altrimenti definite “lastre”, nei limiti posti dalla normativa ISO UNI EN 13006 alla categoria BIa. La produzione di lastre infatti, rispetto a piastrelle di piccolo formato, porta allo sviluppo di diverse problematiche legate proprio alla dimensione del pezzo ed in particolare introduce la deformazione piroplastica. Per piroplasticità si intende la propensione dell’impasto a deformarsi in un dato intervallo di temperatura, che genera una deformazione permanente della piastrella apprezzabile dopo cottura. La piroplasticità è legata in grande misura ai parametri del processo produttivo (pressione di formatura, temperatura, ciclo di cottura ecc.), ma soprattutto alla composizione dell’impasto ed alla viscosità della fase vetrosa che esso sviluppa durante la cottura. Essendo il Gres Porcellanato un prodotto costituito da uno scheletro solido immerso in una matrice vetrosa, viene intuitivo imputare la deformazione piroplastica ai rapporti tra le fasi mineralogiche responsabili della produzione di vetro: i feldspati. Infatti, la viscosità del vetro dipende sostanzialmente dai rapporti tra sodio/potassio che vengono apportati proprio da questi minerali; non solo: anche le fasi argillose plastiche, non plastiche ed inerti, influenzando i rapporti tra silice/allumina e sodio/potassio, giocano un ruolo importante sulle caratteristiche di refrattarietà e fusibilità dell’ impasto ceramico, ai quali sono legati fenomeni di deformazione. Lo scopo di questa tesi si prefigge quindi due obbiettivi: il primo, ovvero quello di ottimizzare la formulazione di un impasto da Gres Porcellanato variando il rapporto tra materie prime argillose e non argillose, tale da poter essere utilizzato in un ciclo produttivo per la realizzazione di lastre ed in secondo luogo quello di andare a variare il rapporto sodio/potassio apportato dalle fasi fondenti, cercando di mantenere inalterato il rapporto silice/allumina, così da poter appurare, definire e quantificare l’effetto sulla deformazione piroplastica. Da un punto di vista mineralogico si andrà quindi a fissare un rapporto tra le materie prime argillose e non argillose, andando poi a variare le percentuali dei feldspati sodici e potassici. Si è quindi proceduto nel seguente modo: 1. caratterizzazione chimica, mineralogica e tecnologica delle singole materie prime argillose e non argillose fornite dalla ditta Riwal. 2. Formulazione e caratterizzazione di diverse prove di impasto tramite un ciclo standardizzato e ripetibile, utilizzando un impasto di produzione come riferimento. 3. Comparazione degli impasti prodotti e selezionamento dell’impasto con caratteristiche tecnologiche adatte alla produzione di lastre. 4. Prova industriale di impasto su impianto pilota. 5. Variazioni composizionali dell’impasto designato come idoneo alla produzione di lastre al fine di modificare i rapporti sodio/potassio mantenendo costante il rapporto silice/allumina. 6. Caratterizzazione della deformazione piroplastica degli impasti realizzati. 7. Interpretazione dei risultati
Lo studio viene condotto nell’ambito di una collaborazione tra il Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche e la ditta Riwal di Maranello (MO).
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Abstract
In recent years, a piece of the global market for traditional ceramics, and in particular the part of Porcelain Grès, is consolidating a growth demand for the large sized tiles (up to 1.60 x 4.20 meters) with a variable thickness. The latest technological innovations in the ceramic process have allowed to overcome the limits and constraints of traditional systems, allowing them to operate on shapes, thicknesses and surface decorations; therefore the research has shifted to the optimization of traditional ceramic mixes so they exhibit certain chemical-physical and mineralogical characteristics in order to be adapted to the production of large size porcelain stoneware ("slabs"), within the limits set by ISO UNI EN 13006 to the BIa category.
In fact, the production of slabs, in comparison to the small size tiles, leads the development of various problems related to the size of the workpiece and in particular introduces the pyroplastic deformation. Pyroplasticity means the propensity of the ceramic mix to deform in a given temperature range, which generates a permanent deformation of the tile after cooking. Pyroplasticity is related with the parameters of the production process (forming pressure, temperature, cooking cycle, etc.), but above all to the composition of the mix and the viscosity of the glassy phase that develops during cooking.
Grés Porcelain is a product made up of a solid skeleton immersed in a glassy matrix, so it is intuitive to impute pyroplastic deformation to the relationships between the mineralogical phases responsible for glass production: the feldspars. In fact, the viscosity of glass depends substantially on the sodium/potassium ratios that are provided by these minerals; not only: the inert and clay phases, affecting the ratio between silica/alumina and sodium/potassium, play an important role in the refractory and fusible characteristics of the ceramic mix, which are related to deformation phenomena.
From a mineralogical point of view, a relationship will be established between the clayey and non-clayey raw materials, then changing the percentages of sodium and potassium feldspar.
This was done as follows:
1. Chemical, mineralogical and technological characterization of the individual clay and non-clay raw materials supplied by Riwal.
2. Formulation and characterization of different ceramic mixes tested through a standardized and repeatable cycle using a production dough as a reference.
3. Comparison of ceramic mixes produced and selection of the one with technological characteristics suitable for the production of slabs.
4. ceramic mix industrial test on pilot plant.
5. Variations in the composition of the ceramic mix designated as suitable for the production of plates in order to modify sodium/potassium ratios while keeping the silica/alumina ratio constant.
6. Characterization of the pyroplastic deformation of the mix realized.
7. Interpretation of results
The study is conducted under a collaboration between the Department of Chemical and Geological Sciences and Riwal of Maranello (MO)
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