Analisi mineralogico-petrografiche, chimiche e tecnologiche per la formulazione di preparati/miscele ecosostenibili a partire da materie prime argillose calabresi per l’impiego in campo industriale

Risultato della ricerca:

I minerali argillosi sono i componenti di base delle argille, materie prime impiegate sin dall’antichità per la produzione di ceramica. L’industria ceramica rappresenta tuttora la destinazione finale più comune per queste materie prime in quanto ne sfrutta una delle proprietà tecnologiche fondamentali, ovvero la plasticità. Tutte le argille, infatti, assorbono e trattengono più o meno facilmente l’acqua, trasformandosi in una massa pastosa che può essere modellata anche a temperatura ambiente senza rompersi o creparsi. Al comparto ceramico nel tempo si sono aggiunti diversi altri settori di applicazione: la cosmetica e il campo farmaceutico, l’agricoltura, l’edilizia e, in ultimo, l’industria conciaria. L’impiego in questi nuovi settori industriali è dovuto principalmente alle eccellenti proprietà di assorbimento e adsorbimento ma anche alla loro versatilità, abbondanza e basso costo. Infatti, i minerali argillosi essendo il risultato di processi chimici che si svolgono sulla superficie terrestre, essenzialmente alle interfacce della crosta terrestre con l’atmosfera, l’idrosfera e la biosfera, si rinvengono in rocce di diversa tipologia, dispersi negli aerosol atmosferici e nell’acqua di oceani, mari, laghi, lagune e fiumi, ovvero nello stesso ambiente in cui vive l’uomo. Le nanoparticelle argillose, possiedono un forte potere di ritenzione dei metalli (adsorbimento e assorbimento) a causa delle loro elevate superfici specifiche che raggiungono valori di circa 800 m2g − 1. Pertanto, le nanoparticelle sono in grado di controllare la mobilità, la destinazione e la biodisponibilità dei metalli (come As, Cu, Ni, Cu, Hg e Zn) negli ambienti del suolo, dell’aria e dell’acqua. Nel caso specifico dei minerali argillosi, sia la piccola dimensione delle particelle che la loro carica elettrica negativa interviene nelle capacità di assorbimento e adsorbimento.  Il presente progetto di ricerca è stato pertanto finalizzato alla caratterizzazione composizionale (da diversi punti di vista) delle potenziali materie prime argillose calabresi attraverso una sequenza di analisi di laboratorio ben strutturata. La ricerca, in prima approssimazione, è stata divisa nelle seguenti fasi: 1) censimento delle cave/miniere attive nella Regione Calabria; 2) acquisizione di dati mineralogici, chimici e tecnologici sulle argille e sulle “terre” in questo momento reperibili nel territorio; 3) analisi di laboratorio (XRD, XRF, granulometria, indice di plasticità, colore, ritiro lineare) di tutti i materiali a matrice argillosa campionati; 4) formulazione preliminare di miscele sperimentali e loro controllo qualitativo relativamente alle caratteristiche chimiche e minero-petrografiche (XRD, XRF, OM, SEM-EDS). La ricerca ha permesso di acquisire maggiore consapevolezza dei processi chimico-fisici che condizionano, macroscopicamente, i comportamenti di tali materie prime consentendo l’acquisizione di dati utili per meglio sfruttarne le potenzialità nei vari settori industriali.

Le attività di ricerca si fondano su un approfondito studio dell’ampia letteratura scientifica reperita, nonché delle “Tavole attività estrattiva cave e miniere, ISTAT 2017”

Riferimento a finanziamenti precedenti:

Il risultato della ricerca non è stato oggetto di un precedente bando di finanziamento e le attività di ricerca rientrano nelle linee di ricerca attualmente portate avanti dai ricercatori del Dipartimento DiBEST sui Fondi di Finanziamento Ordinario (FFO) dell’Università della Calabria.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

I settori industriali e le loro filiere per essere competitivi nel mercato attuale hanno la necessità di investire in nuove tecnologie per migliorare processi e qualità dei prodotti nel rispetto dell’ambiente. Sono pertanto auspicabili progetti di innovazione ad alto contenuto tecnologico applicati a sistemi di produzione a minor impatto ambientale con una particolare attenzione al contenimento delle emissioni e alla riduzione dei rifiuti derivanti dalle varie fasi di lavorazione. I risultati sperimentali finora acquisti utilizzano materiali eco-compatibili, completamente riciclabili e a basso costo. L’utilizzo di materie prime argillose naturali è pertanto motivato non solo dal basso prezzo o dalle specifiche proprietà, ma anche da una richiesta da parte degli utilizzatori industriali e dei consumatori di sostanze ecologicamente più accettabili e in grado di ottemperare più facilmente alle diverse legislazioni ambientali e sulla sicurezza. Il basso impatto ambientale conferisce a queste matrici un elevato contenuto di sostenibilità che viene ogni giorno sempre più apprezzato, soprattutto in edilizia. Inoltre, le materie prime argillose possono essere utilizzate in sostituzione di prodotti chimici che assolvono la stessa funzione nel settore conciario e cosmetico.  Sulla base dei dati acquisiti nell’ambito di questo progetto sarà possibile: (i) produrre/fornire un prodotto competitivo specificamente progettato per le varie attività industriali/produttive che insistono sul territorio, avendo accesso a un nuovo mercato sostenibile interessato agli aspetti ambientali ed economici; (ii) avere accesso all’impiego di un materiale in grado di garantire proprietà multifunzionali; (iii) ridurre in maniera consistente i costi economici ed ecologici del trasporto e della distribuzione per la disponibilità sul territorio e la facilità di reperimento delle materie prime argillose.

Titoli di proprietà intellettuale:

Il sistema ideato al momento non è protetto da titoli di proprietà intellettuale.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

L’argilla è un sistema complesso di minerali che, grazie ai suoi preziosi componenti (ferro, calcio, potassio, silice, alluminio, sodio, titanio, manganese e magnesio) veniva utilizzato anche in tempi antichi per i più svariati usi. Ricchissima di minerali indispensabili per rivitalizzare i tessuti elastici della pelle, è molto efficace nel supporto alle cure di reumatismi, artrosi e artriti. Negli ultimi decenni è stata utilizzata come ingrediente base efficace per la formulazione di cosmetici anti età, in quanto contrasta la formazione di rughe e ne ostacola la ricomparsa. Rende la pelle luminosa e priva d’impurità. Inoltre, grazie alla sua capacità assorbente, è in grado di intrappolare batteri e microbi, tossine e scarti del metabolismo intestinale, gas e veleni contrastando l’attività dei batteri e neutralizzandone le eccedenze.

In campo edilizio, vengono utilizzate per la produzione di leganti idraulici naturali e/o nella formulazione di miscele per la produzione di intonaci in terra cruda per la cosiddetta green building. Negli ultimi decenni, infatti, l’esigenza di un “costruito ecosostenibile” ha incentivato la riscoperta e il riutilizzo nella pratica edilizia di questa antica tecnica costruttiva, tuttora assai valida, rivisitandola in chiave moderna, con una base tecnologica più evoluta. Inoltre, tali materiali sono utili per la riduzione di umidità negli ambienti indoor, con capacità di isolamento termico ed acustico. Oltre a tali applicazioni, alcuni tipi di argilla, mutuando gli aspetti benefici dal settore cosmetico, hanno attirato l’attenzione del settore conciario per le potenzialità che questi materiali presentano.

Le ricerche in questo settore si basano sull’applicazione di minerali argillosi sulla pelle al fine di migliorarne le prestazioni nei processi di concia e/o rivestimento e in definitiva, nelle proprietà finali della pelle stessa.

La soluzione presentata, grazie all’estrema versatilità delle materie prime argillose, potrebbe avere un rilevante impatto sulle piccole e medie imprese che operano in diversi ambiti, dal settore cosmetico, alla bio-edilizia, all’industria conciaria, etc.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

L’ulteriore sviluppo dei risultati della ricerca prevede la scelta di uno specifico settore industriale di riferimento per il quale vanno ulteriormente valorizzate e verificate le specifiche proprietà delle materie prime argillose al fine di condurre prove e test mirati dapprima in scala pilota e successivamente in scala reale. Verranno altresì ottenute stime reali delle quantità di prodotto necessario per assolvere quella determinata funzione.

Il piano analitico da adottare prevede, in buona sostanza, l’utilizzo delle stesse metodologie elencate in precedenza ovvero XRD, XRF, OM, SEM-EDS associate ad ogni altra metodologia (in dotazione presso il Dipartimento DiBEST o facente parte della rete laboratoriale di Ateneo) ritenuta opportuna per verificare con maggiore dettaglio quanto ricavato dai test generici finora condotti. Il setup sperimentale prevede altresì la verifica con diversi livelli di concentrazione del prodotto selezionato per valutarne i valori soglia di efficacia mediante valutazione delle performances alle varie concentrazioni.