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Geopolimeri da materie di riciclo

Valorizzazione di scarti e sottoprodotti industriali

Responsabili: Valentina Medri, Elena Landi, Annalisa Natali Murri
Personale coinvolto: Elettra Papa, Francesco Miccio, Cesare Melandri

I geopolimeri sono materiali eco-sostenibili poiché, oltre alla bassa temperatura di consolidamento richiesta dal processo, possono essere prodotti anche a partire da materie prime seconde. In base all’applicazione finale del prodotto, CNR-ISSMC ricicla come materie prime, cariche inerti o parzialmente inerti, scarti e sottoprodotti industriali di varia natura, di cui si riportano alcuni esempi.

  • Polveri e graniglie:

– Ceneri provenienti da processi di termovalorizzazione (ceneri volanti, bottom ash, ceneri da biomasse), vengono utilizzate come materia prima alcalino-silicatica. Le ceneri di biomassa mista (animale-vegetale) contengono anche idrossiapatite (calcio fosfato) e sono parzialmente reattive. Le ceneri di biomassa sono state utilizzate per produrre coibenti porosi come core in pannelli sandwich con pelli in materiale fibrorinforzato con fibre di basalto nel progetto PORFESR EEE-CFCC e sono studiate nel progetto PNRR ECOSISTER (SPOKE 5).

– ll fumo di silice è un sottoprodotto dell’industria di produzione al forno elettrico del silicio metallico e delle leghe ferro-silicio. Il silicio metallico presente come impurezza può essere utilizzato come blowing agent per produrre schiume mediante foaming diretto.

– I rifiuti da operazioni di costruzione e demolizione (CDW) (progetto POR FESR REWINDS), così come gli scarti di gres porcellanato che provengono dal taglio e dai rottami di produzione, possono essere utilizzati sotto forma di graniglia e di sabbia come materia prima, poiché parzialmente reattivi in soluzione alcalina grazie alla loro fase vetrosa.

– I sedimenti industriali (fanghi, residui di scavi ecc.), oggetto del progetto PRIN SEEDS, attualmente classificati e trattati come rifiuti possono essere altresì utilizzati come materia prima o filler parzialmente reattivi.

  • Fibre:

– La lana di pecora proveniente da cascami industriali viene utilizzata in fiocco e in feltro per produrre compositi termostrutturali e coibenti. Di particolare interesse sono le proprietà della cheratina per il rilascio di nutrienti nel terreno e per il mantenimento dell’umidità: sono stati realizzati contenitori (vasi) per la germinazione precoce e ammendanti in forma di granuli per l’orticultura.

– Fibre di basalto e fibre di carbonio da lavorazione di tessuti o da pneumatici esausti vengono utilizzate come fase secondaria di rinforzo per materiali termostrutturali resistenti agli shock termici quali feltri e panneli fibrorinforzati a fibra corta (progetto EIT Raw Materials FENICE) e stampi refrattari per il casting di forme complesse (progetto POR FESR FIREMAT).

Strumenti e Processi

Il processo di geopolimerizzazione è una reazione tra una polvere alluminosilicatica e una soluzione acquosa di idrossidi o silicati alcalini che in base al catione (comunemente Na+, K+, ma anche Li+, Cs+) influisce sulle proprietà meccaniche e termiche finali. I materiali geopolimerici a base fosfatica sono i prodotti della reazione acido-base di ossidi metallici bi- e tri-valenti con fosfati acidi in soluzione acquosa. Le temperature di sintesi sono inferiori ai 100°C per gli “alcalini” e inferiori a 300°C per i fosfatici. È necessaria una miscelazione meccanica per completare la reazione. CNR-ISSMC è dotato di shear mixer (Planetary Centrifugal Mixer “THINKY MIXER” ARE-500). Processi di hand lay-up e vacuum bagging o vacuum infiltration vengono utilizzati per i compositi fibrorinforzati.

Principali collaborazioni

Progetti

Pubblicazioni e brevetti

Pannelli sandwich termostrutturali con core poroso in geopolimero da biomassa Pannello a densità modulata ottenuto da scarti ceramici e legante geopolimerico