Riassunto analitico
Questo lavoro di tesi si propone di analizzare la cinetica di reazione dell’essiccazione di materie prime argillose (heavy-clay) utilizzate solitamente negli impasti tradizionali per laterizio, sulla base dell’importanza e delicatezza di questa fase del processo di produzione. Nel corso dell’essiccazione precedente la cottura, il mattone crudo viene portato da valori di umidità del 15-20% a valori dell’1-2%, all’interno di sistemi continui o discontinui operanti a temperature di circa 150-200 °C. La resa di questo processo dipende da molti fattori variabili: temperatura massima, tempo di sosta nell’essiccatoio dei prodotti (ciclo di essiccazione), composizione mineralogica dell’impasto, presenza di sostanza organica, forma e tipologia del mattone, più altri fattori prevalentemente fisici. Solitamente, un rigido controllo di questa fase di lavorazione è assente, determinando l’insorgenza di varie tipologie di difetti, come la deformazione dell’estruso, la rottura in fase di cottura e la formazione di bolle e scagliature nel prodotto finito. Con queste premesse, la conoscenza della cinetica di essiccazione a scala mesoscopica e microscopica non può che risultare di fondamentale importanza per la comprensione profonda del meccanismo (dal punto di vista chimico-fisico e mineralogico), alla luce di un modello che spieghi la diffusione alla scala molecolare e permetta di prevenire l’insorgenza di difetti nel prodotto essiccato. Per questo progetto di tesi sono quindi state studiate in laboratorio due diversi tipi di argille da laterizio con diverse composizioni e un impasto standard in produzione, nel tentativo di delineare il meccanismo di essiccazione agente a livello molecolare e avere quindi controllo sull’intero processo. L’obiettivo è quello di ottenere una metodologia standardizzata che, sulla base di parametri quantificabili e riconoscibili permetta, effettuando poche e fissate prove, di stabilire se una argilla da laterizio abbia o meno le caratteristiche di qualità necessarie per essere utilizzata in impasti produttivi: per fare ciò le materie prime sono state analizzate con la tecnica di DTA e TG (analisi termica differenziale e analisi termogravimetrica). Le argille sono anche state caratterizzate in maniera completa, per ottenere uno spettro totale delle loro caratteristiche, tramite: distribuzione granulometrica, analisi chimica, microscopia elettronica, diffrazione di raggi X da polveri. I dati ottenuti sono stati poi analizzati e plottati con fogli di calcolo per studiare i parametri cinetici della reazione, cercando di estrapolare il modello e i meccanismi a cui il processo risponde. Il progetto di tesi si è svolto nell’ambito di una collaborazione tra il Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche dell’Università di Modena e Reggio Emilia e la SACMI Imola S.C. con sede ad Imola (BO).
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Abstract
The goal of this thesis project is to study the kinetics of the drying process of heavy-clays typically used in the traditional mixture for bricks, because of the importance and sensitivity of this phase in the production process.
During the drying process prior to the cooking, the green brick humidity value moves from 15-20% to 1-2%, in continuous or discontinuous systems operating at temperatures of about 150-200 °C .
The performance of this process depends on many variable factors: maximum temperature, dwell time of the products in the drier (drying process), mineral composition of the mixture, presence of organic matter, form and type of bricks and other physical factors.
Usually, a strict control of this phase is absent, determining the occurrence of various types of issues, such as deformation of the extruded material or rupture during firing with formation of cracks in the final product.
With these premises in mind, the knowledge of the drying kinetics at mesoscopic and microscopic scale is fundamental for the deep understanding of the mechanism (from the physical-chemical and mineralogical point of view), considering a model that explains the diffusion at a molecular level, for preventing the occurrence of issues in the dried product.
For this study, two different types of heavy-clays with different compositions and a standard mixture currently in production have been studied, to understand the drying mechanism at a molecular level and then to have control of the entire process.
The purpose is to obtain a standardized methodology – based on well-defined parameters – that could determine whether a heavy-clay for brick is good enough for been used in productive mixture by performing only few tests. For this purpose, raw materials were analysed using TG and DTA techniques (Thermogravimetric Analysis and Differential Thermal Analysis).
The clays were also been characterized, in order to obtain a complete range of their characteristics, with particle size analysis, chemical (XRF) analysis, Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray Powder Diffraction (XRPD).
Data obtained were analysed and plotted to study the kinetics parameters of the reaction, trying to obtain the model and the mechanisms that are the basis of the process.
This thesis project is the outcome of a collaboration between the Department of Chemical and Geological Sciences of the University of Modena and Reggio Emilia and SACMI Imola S.C. based in Imola (BO).
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