L'intervento di Isabella Lancellotti (Università di Modena e Reggio Emilia) in occasione del kick-off meeting del cluster Biomarmo che si è tenuto il 13 luglio a Sassari.

2. Kick off – PROGETTO CLUSTER
UNIVERSITA‘ DI MODENA E REGGIO EMILIA
PROF. ISABELLA LANCELLOTTI
Presenta
Dipartimento di Ingegneria «Enzo Ferrari»

3. Glukhovsky (1957) (Kiev Institute of Civil Engineering Ucraina):
-Scorie da lavorazioni metallurgiche attivate con alcali: reagiscono per
produrre Ca-silicato idrato e Ca/Na-alumino-silicato idrato (zeoliti).
-Rocce e argille con alcali: reagiscono per produrre Na-alumino-silicato
idrati (zeoliti)
"soil silicate concretes" "soil cements"
Davidovits (1978) (Geopolymer Institute, Saint-Quentin, Francia)
Attivazione alcalina di metacaolino
Geopolymers
Storia dei geopolimeri

4. Formula empirica proposta da Davidovits:
Rn[-(SiO2)z-AlO2-]n . wH2O
R = ioni alcalini( K+, Na+, …),
n = grado di policondensazione
w = acqua legata
z=1,2,3 è indicativo del reticolo ed è generalmente <3 per
geopolimeri strutturali tridimensionali
I geopolimeri: strutture
amorfe di polimeri inorganici

5. Reagenti
• Materia prima alluminosilicatica
• Soluzione di metallo alcalino
ATTIVATORE CHIMICO

6. Reagenti
Materia prima alluminosilicatica
• Caolini ed altre argille
• Ceneri volanti da centrali a carbone
• Scorie d‘altoforno macinate, granulate
• Residui del processo della bauxite
• Pozzolana
• Ceneri vulcaniche
• etc

7. Stadi di condensazione delle catene di silicati pre-
idrolizzati in ambiente basico: la catena formata, che può
contenere anche tetraedri con alluminio, dà origine ai
geopolimeri.
La chimica del processo
La struttura a livello atomico

8. La struttura a livello atomico
polimerizzazione

10. 2DNETWORK3DNETWORKPOLYMERICCHARACTER
Heat resistant
fiber
composites
Sealants for
Industry up to
1000°C
Toolings for SPF
aluminum
Foundry
Equipments
Toolings Titanium
Proc.
Ceramic and
structural materials
Cements and
wastes inertization
DIMA UNIMORE

11. Prodotti con geopolimeri

12. GEOPOLIMERI COME MATERIALI SOSTENIBILI:
 Prodotti ad elevata durezza e interessanti proprietà estetiche,
ottenuti a freddo;
 In sostituzione del cemento Portland, permettono una forte
riduzione delle emissioni di CO₂;
NB: 1 ton di cemento produce 1 ton di CO₂!!
 Possibilità di inertizzare rifiuti pericolosi, e valorizzare rifiuti
non pericolosi per ottenere poi materiali da costruzione.
MATRICE SILICOALLUMINOSA, possibili vari materiali:
 Metacaolino;
 Rocce vulcaniche;
 RIFIUTI.

13. Proprietà dei geopolimeri

14. Proprietà termiche
Temperature (°C)
200 400 600 800 1000 1200 1400
Expans.(%)
-25
-20
-15
-10
-5
0
RGPNa
RGPK
disidratazione ritiro
deidrossilazione

15. Proprietà meccaniche
Geop. mattoni
Resistenza a compressione
MPa
100
50
cementi
20

16. Proprietà meccaniche
Test a compressione
secondo Norma:
ASTM C-62
usata per ceramici

17. Valorizzazione/inertizzazione di rifiuti
Esperienza del Dipartimento di Ingegneria Enzo Ferrari
Dal 1986 :esperienza nell’inertizzazione con tecniche a caldo
Dal 2008: attivazione alcalina e consolidamento a freddo
SOLIDI NATURALI
Materiali Matrice Additivi
Laterites
Pumices
Kaolin
Metakaolin
Volcanic ash

18. Wastes/SOLIDS
Material Matrix Additives
Incinerator bottom ash
Incinerator fly ash
Porcelain stoneware polishing sludges
Natural stone cutting sludge
Waste glass
Wastewater treatment sludge
Ladle slags
Bagasse ash
Waste/LIQUID
Cr containing waste as additives
(deposited Patent N. dep. : RE2012A000028, 12/04/2012)
Valorizzazione/inertizzazione di rifiuti

19. Rifiuti pericolosi nei geopolimeri
OttimaimmobilizzazioneBuonaimmobilizzazione
Studiincorso

20. DIFFERENTI APPROCCI NELLA PROGETTAZIONE DI UN
GEOPOLIMERO
RIFIUTO NON PERICOLOSO
• Composizione alluminosilicatica
NB: Importanza della natura amorfa o cristallina del materiale
• Inserito in alte % in sostituzione di materie prime vergini per
creare la matrice geopolimerica
RIFIUTO PERICOLOSO
Inserito in piccole % per bloccare metalli pesanti e/o
ioni solubili nella matrice geopolimerica
VALORIZZAZIONE
INERTIZZAZIONE

21. Leonelli C., Barbieri L.,
Lancellotti I., Kamseu
E., Ponzoni C., (2012),
Brevetto102012902041
083 (RE2012A000028)
19-09-2014
26/56

22. End of Waste proveniente dal trattamento
delle ceneri pesanti di inceneritore
Technological Recovery Process
Sorting
Artificial aggregate, silica based
and rich in Ca, Al and Fe, with
controlled grain size, suitable
for cements and ceramics
Physical-Mechanical
treatments
aging,
Fe and non Fe metals
separation,
crushing, sieving,
washing,…
Il materiale non ha un codice CER e quindi un’azienda non
necessita di autorizzazione per utilizzarlo nel suo processo.

23. Cambiamento microstrutturale
50-50 MK_BA 50-50 MK_BA dopo riformulazione
Campioni stagionati 15 g
Campione dopo riformulazione è più
omogeneo e denso

24. POROUS MATERIAL
(CO3
2- >10%, Al presence)
Apparent density: 1.51 Kg/m3
True density : 2.49 Kg/m3
Total Porosity = 39%
Ceneri pesanti di inceneritore ‘‘end of waste material’’
Rifiuto non pericoloso