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Gruppo di lavoro di ERVET Emilia-Romagna Valorizzazione Economica Territorio S.p.a.:

Coordinatore Funzione Efficienza Ambientale Enrico Cancila

Responsabile di Progetto Guido Croce

Redazione Gaspare Antonio Giglio

Indice PERCHÉ UN MANUALE MONOGRAFICO PER IL SETTORE METALMECCANICO...............................7 CAPITOLO 1: IL SETTORE METALMECCANICO...............................................................................8

DISTRIBUZIONE DEL SETTORE METALMECCANICO IN EMILIA-ROMAGNA.................................................................9 CAPITOLO 2: LE LAVORAZIONI DI SETTORE ...............................................................................11

FORMATURA A CALDO E A FREDDO ...........................................................................................................11 RIVESTIMENTO ..................................................................................................................................12 LAVAGGIO/SGRASSAGGIO ......................................................................................................................13 VERNICIATURA E ALTRI TRATTAMENTI SUPERFICIALI......................................................................................14 FINITURA .........................................................................................................................................14

CAPITOLO 3: GLI IMPATTI SULL’AMBIENTE E LE RELATIVE TECNICHE DI PRODUZIONE PULITE.....................................................................................................................................................15

EMISSIONI ATMOSFERICHE ....................................................................................................................15 Tecnica: Utilizzo di combustibili a minor impatto ambientale ...........................................................15

Olio combustibile.....................................................................................................................16 Gasolio...................................................................................................................................16 Gas naturale ...........................................................................................................................16

Tecnica: Bruciatori a bassa emissione di ossidi di azoto (low-NOx) ..................................................17 CONSUMI ENERGETICI ..........................................................................................................................18

Tecnica: Sistemi vari per l’incremento dell’efficienza delle apparecchiature elettriche.........................18 Sistemi di compressione ad alta efficienza .................................................................................18 Convertitori di frequenza o inverter...........................................................................................18 Regolatori di velocità per ventole e pompe ................................................................................19 Ottimizzazione della fornitura di energia elettrica .......................................................................19 Spegnimento automatizzato dei macchinari ...............................................................................19

Tecnica: Sistemi di compressione dell’aria .....................................................................................19 Suddivisioni della rete dell’aria compressa in più sottoreti ...........................................................20 Utilizzo di aria più fredda nei sistemi di compressione dell’aria.....................................................20 Recupero di calore dai compressori di aria.................................................................................20 Torri evaporative e recupero energetico al posto dei raffreddatori ...............................................20 Recupero di calore dal vapore ..................................................................................................20

Tecnica: Tecnologie per il miglioramento del rendimento di bruciatori e centrali termiche..................21 Controllo automatico delle condizioni di combustione .................................................................21 Utilizzo di atomizzatori ad aria o vapore in caldaia......................................................................21 Recupero di calore dai fumi di combustione...............................................................................21 Recupero calore fumi di combustione con sistemi recuperativi o rigenerativi .................................22 Recupero di calore da fornaci a raffreddamento evaporativo .......................................................22

Tecnica: Sistemi di cogenerazione ................................................................................................23 Tecnica: Sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili ....................................................................23

Energia solare.........................................................................................................................23 CONSUMI IDRICI.................................................................................................................................25

Tecnica: Circuito chiuso delle acque di raffreddamento e sistemi di raffreddamento a basso consumo energetico ..................................................................................................................................25 Tecnica: Trattamento e riutilizzo dell’acqua ...................................................................................25 Tecnica: Sensori applicati a sistemi a getto di pressione .................................................................26 Tecnica: Sfruttamento delle acque piovane....................................................................................26 Tecnica: Depurazione e ricircolo della soluzione sgrassante.............................................................26

Depurazione meccanica ...........................................................................................................26 Micro e ultra filtrazione a membrana.........................................................................................26

Tecnica: Sistema a cascata delle acque di risciacquo e riutilizzo dell'over-flow ..................................27 CONSUMO DI SOSTANZE PERICOLOSE........................................................................................................28

Tecnica: Lubrificazione elettrostatica.............................................................................................28 Tecnica: Rilevatori di perdite ........................................................................................................28 Tecnica: Depurazione e riutilizzo dei lubrificanti .............................................................................28 Tecnica: Separazione dell’olio dalle acque di drenaggio e riutilizzo dell’olio recuperato.......................29

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Tecnica: Unità di controllo di erogazione per la produzione di emulsioni ...........................................29 CONSUMO DI MATERIE PRIME E IMBALLAGGI ...............................................................................................30

Tecnica: Raccolta e recupero degli scarti metallici ..........................................................................30 Tecnica: Strategie per ridurre gli impatti del packaging...................................................................30

RIFIUTI............................................................................................................................................31 Tecnica: Recupero riutilizzo delle emulsioni ...................................................................................31 Tecnica: Demineralizzazione dell’acqua utilizzata per le emulsioni....................................................31 Tecnica: Recupero energetico di oli e grassi esausti .......................................................................31 Tecnica: Utilizzo di separatori di fanghi di molatura ........................................................................31 Tecnica: Stoccaggio in sicurezza di particolari tipologie di metalli.....................................................32

RUMORE ..........................................................................................................................................33 Tecnica: Accorgimenti per la riduzione del rumore .........................................................................33

PROCESSO DI VERNICIATURA..........................................................................................................34 Tecnica: Vernici a base acquosa ...................................................................................................34

Vernici acriliche in dispersione acquosa a base epossidica ...........................................................34 Lattice acrilico in dispersione acquosa .......................................................................................35 Vernici alchidiche in dispersione acquosa...................................................................................36 Vernici bicomponenti epossidiche in dispersione acquosa............................................................36 Dispersioni uretaniche a base acquosa ......................................................................................38 Vernici alchidiche modificate e acriliche termoindurenti in dispersione acquosa .............................38 Vernici bicomponenti silicone-acriliche in dispersione acquosa .....................................................39

Tecnica: Vernici ad alto solido ......................................................................................................39 Vernici alchidiche ....................................................................................................................39 Vernici estere epossidiche ........................................................................................................40 Vernici uretaniche monocomponenti .........................................................................................40 Vernici bicomponenti epossidiche..............................................................................................41 Vernici bicomponenti uretaniche ...............................................................................................42 Vernici alchidiche (ad essiccamento in forno).............................................................................43 Vernici poliuretaniche bicomponenti ..........................................................................................43 Vernici siliconiche ....................................................................................................................43

Tecnica: Vernici in polvere ...........................................................................................................44 Vernici acriliche.......................................................................................................................46 Vernici epossidiche in polvere...................................................................................................47 Vernici ibride epossidiche-poliestere in polvere...........................................................................47 Vernici a base di nylon.............................................................................................................48 Vernici poliestere.....................................................................................................................48 Vernici polipropileniche in polvere.............................................................................................48 Vernici in polvere PVC..............................................................................................................48 Vernici in polvere UV ...............................................................................................................49

Tecnica: Altre vernici ...................................................................................................................50 Plastisol..................................................................................................................................50 Fanghi in polvere acquosi.........................................................................................................50 Vernici autoforetiche................................................................................................................50 Vernici a elettrodeposizione......................................................................................................51 Vernici EBC.............................................................................................................................52 Vernici UV ..............................................................................................................................53

Tecnica: Tecniche di Verniciatura .................................................................................................54 Atomizzazione Convenzionale ...................................................................................................54 Atomizzazione Airless ..............................................................................................................55 Atomizzazione Mista ................................................................................................................56 Atomizzazione HVLP (High Volume – Low Pressure) ...................................................................56 Atomizzazione alla fiamma .......................................................................................................57 Atomizzazione elettrostatica a pistola ........................................................................................58 Atomizzazione elettrostatica a rotazione ....................................................................................59 Verniciatura convenzionale per immersione ...............................................................................60 Verniciatura per immersione a elettrodeposizione.......................................................................60 Tunnel di verniciatura ad allagamento.......................................................................................61 Sistemi di miscelazione avanzati ...............................................................................................61 Riutilizzo di vernici...................................................................................................................61

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Recupero di vernice (o inchiostro) e suo riutilizzo.......................................................................62 Sistema di pompaggio diretto dallo stoccaggio all’applicazione ....................................................62 Batch painting.........................................................................................................................62 Pig clearing.............................................................................................................................62 Utilizzo di materiale pre-verniciato (coil coating) ........................................................................62

PROCESSO DI SGRASSAGGIO / LAVAGGIO INDUSTRIALE ...................................................................63 Tecnica: Prodotti per lo sgrassaggio / lavaggio industriale a minor impatto ambientale......................63

Soluzioni semi-acquose............................................................................................................63 Soluzioni acquose....................................................................................................................64

Tecnica: Tecniche a minore impatto per la pulizia/sgrassaggio e sverniciatura dei metalli ..................67 Pulizia per immersione.............................................................................................................67 Macchine lavatrici automatiche .................................................................................................67 Macchine lavatrici integrate......................................................................................................68 Lavaggio con ultrasuoni ...........................................................................................................69 Pulizia con megasuoni .............................................................................................................71 Processi abrasivi di pulizia ........................................................................................................71 Abrasivi Plastici .......................................................................................................................72 Amido di grano .......................................................................................................................72 Schiume abrasive ....................................................................................................................73 Bicarbonato di sodio ................................................................................................................73 Pellets di CO2..........................................................................................................................73 Fiocchi di CO2 .........................................................................................................................74

Tecnica: Spazzolatura..................................................................................................................74 Tecnica: Getti ad alta pressione....................................................................................................75 Tecnica: Getti a bassa pressione...................................................................................................75 Tecnica: Lavaggio a vapore..........................................................................................................76 Tecnica: Sistemi chiusi di pulizia con utilizzo di vapore (CEVC) ........................................................77 Tecnica: Lavaggio al plasma.........................................................................................................78 Tecnica: Pulizia con fluido supercritico ..........................................................................................79 Tecnica: Asportazione laser..........................................................................................................79 Tecnica: UV/Ozono......................................................................................................................80 Tecnica: Lampade flash allo xenon ...............................................................................................81 Tecnica: Termosverniciatura ........................................................................................................81 Tecnica: Rimozione in letto fluido .................................................................................................81 Tecnica: Bagni di sale fuso...........................................................................................................82 Tecnica: Processo criogenico con utilizzo di azoto liquido ................................................................82 Tecnica: Accorgimenti per la riduzione dei consumi idrici ................................................................83 Tecnica: Risciacquo spray ............................................................................................................84 Tecnica: Rigenerazione e riutilizzo dell’acqua di risciacquo ..............................................................84 Tecnica: Tecniche di risciacquo multiplo ........................................................................................85

Risciacquo multistage in controcorrente ....................................................................................85 Lavaggio multiplo statico .........................................................................................................86 Doppio risciacquo statico con ultima fase di risciacquo con acqua ricircolata .................................87 Risciacquo multistage a cascata in impianti con limitazioni di spazio.............................................87 Recupero del drag-out e chiusura del ciclo.................................................................................88 Sostituzione delle sostanze più pericolose..................................................................................89

PROCESSI DI RICOTTURA, TEMPRA E TRATTAMENTO TERMICO .........................................................90 Tecnica: Accorgimenti per la riduzione degli sprechi energetici nei trattamenti termici.......................90 Tecnica: Circuito chiuso del bagno di tempra .................................................................................90 Tecnica: Ottimizzazione del rapporto stechiometrico durante il processo termico in forno ..................90 Tecnica: Preriscaldamento del materiale in entrata al forno al posto del preriscaldamento dell’aria .....91

PROCESSO DI LAMINAZIONE ...........................................................................................................91 Tecnica: Diversi accorgimenti per il risparmio energetico ................................................................91 Tecnica: Utilizzo del coil box (e del coil recovery furnace) ...............................................................91 Tecnica: Colata semifinita e colata in bramme sottili.......................................................................92 Tecnica: Massimizzazione del livello di caricamento a caldo.............................................................92 Tecnica: Ricircolo dell’acqua e recupero delle scaglie......................................................................92 Tecnica: Depurazione e ricircolo della soluzione di sgrassatura........................................................93

PROCESSO DI DECAPPAGGIO/FLUSSAGGIO ......................................................................................93

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Tecnica: Misure generali per ridurre il consumo di acidi nella fase di decappaggio.............................93 Tecnica: Recupero di acidi liberi ...................................................................................................94 Tecnica: Rigenerazione di acidi.....................................................................................................94 Tecnica: Decapaggio a cascata.....................................................................................................96 Tecnica: Riscaldamento indiretto degli acidi tramite scambiatori di calore o combustione sommersa...96 Tecnica: Utilizzo a cascata della soluzione di sgrassatura ................................................................96 Tecnica: Separazione dei bagni di decappaggio – strippaggio..........................................................97 Tecnica: Aumento della vita utile del bagno di flussaggio................................................................97 Tecnica: Sistemi di lavaggio e riutilizzo del bagno di risciacquo........................................................97 Tecnica: Recupero di liquidi di flussaggio da liquidi di decapaggio/strippaggio esausti .......................97 Tecnica: Sistemi di rigenerazione dei bagni di flussaggio.................................................................98

PROCESSO DI RIVESTIMENTO .........................................................................................................98 Tecnica: Copertura del bagno di piombo durante il patentamento ...................................................98 Tecnica: Depurazione e riutilizzo della soluzione di fosfatazione e passivazione/cromatura.................98 Tecnica: Utilizzo di cilindri spremitori.............................................................................................99 Tecnica: Accorgimenti per la riduzione del consumo energetico nei processi di rivestimento elettrolitico.................................................................................................................................................99 Tecnica: Accorgimenti per la riduzione dei consumi di energia termica nei bagni chimici ed elettrochimici ..............................................................................................................................99 Tecnica: Miglioramento dell’efficienza dei bagni chimici ..................................................................99

QUADRO SINTETICO DI CORRELAZIONE TRA TECNICHE PULITE E FATTORI AMBIENTALI.....101 GLOSSARIO ................................................................................................................................105 BIBLIOGRAFIA ...........................................................................................................................107

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Perché un manuale monografico per il settore metalmeccanico Il settore metalmeccanico costituisce per l’economia dell’Emilia-Romagna uno dei principali comparti produttivi da cui, però, si generano impatti sull’ambiente non trascurabili, in particolare in termini di consumo di energia, di produzione di rifiuti e di inquinamento dell’aria. Per conseguire l’obiettivo di una maggiore sostenibilità delle produzioni metalmeccaniche è pertanto importante individuare ed applicare soluzioni che permettano di prevenire o contenere gli impatti ambientali prodotti. Questa monografia si propone come strumento mirato alla diffusione delle tecniche di produzione pulite per le attività del settore di studio presenti sul territorio regionale. Per tecnologie pulite si intendono impianti, macchinari e prodotti che consentono di ridurre gli impatti ambientali causati dai processi produttivi, privilegiando le soluzioni che permettono di ridurre i consumi di risorse e di evitare, o perlomeno minimizzare “a monte”, l’inquinamento delle diverse matrici ambientali (acqua, aria, suolo) trascurando volutamente le tecnologie “a valle” di depurazione a meno che queste non fossero funzionali ad un recupero di materia o energia. Lo scopo del presente manuale monografico è quello di fornire alle parti interessate, ovvero le aziende del settore metalmeccanico, le associazioni ma anche le amministrazioni pubbliche e la cittadinanza, informazioni utili circa le diverse possibilità adottabili per migliorare il profilo ambientale del settore in relazione alle varie problematiche generate. La peculiarità della monografia è data dall’aver riunito in un unico testo le varie tecniche a basso impatto ambientale applicabili al settore. Con l’intento di agevolare la consultazione dei testi ed incrementare il “potenziale operativo” della monografia, la presentazione delle diverse opzioni tecnologiche e gestionali di miglioramento ambientale, adottabili dalle imprese del comparto metalmeccanico, è stata suddivisa in funzione della problematica ambientale che ciascuna soluzione si propone di migliorare. E’ stato inoltre evidenziato lo specifico campo di applicazione di ciascuna tecnica riportata, mettendo in luce l’esistenza di molteplici soluzioni comuni ai diversi processi accanto a tecnologie invece specificatamente sviluppate per particolari processi. Ad una prima parte di evidenziazione delle migliori tecnologie pulite disponibili suddivise per impatto ambientale è seguito, data la vastità e complessità del settore, un focus su diversi processi la cui specificità e/o importanza ha richiesto un approfondimento.

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Capitolo 1: Il settore metalmeccanico L’Emilia-Romagna è una regione dove la competitività delle imprese è cresciuta grazie ad una combinazione di fattori fondamentali fra i quali lo sviluppo di economie di prossimità geografica, culturale e organizzativa. Ciò ha dato vita a distretti industriali fortemente specializzati e che hanno favorito il dinamismo, la produttività e la capacità di adattamento al mercato, nonché servizi avanzati di ricerca e strutture che hanno contribuito e contribuiscono all’attività delle piccole e piccolissime imprese. L'Emilia-Romagna è una delle regioni italiane con la più alta presenza di industrie nel settore metalmeccanico, infatti sono circa 30.000 con oltre 200.000 addetti. La forte tradizione industriale ha consentito la nascita ed il consolidarsi di molte imprese specializzate nei vari settori della metalmeccanica, ed in modo particolare quello dell'industria meccanica tradizionale1. Questo settore rappresenta una delle realtà più importanti nel panorama regionale e nazionale, con quasi 170.000 addetti e circa 24.000 unità locali. Rispetto ad altri settori pure rilevanti (es. ceramico, alimentare, tessile, mobile, etc.) e per i quali produce beni di produzione, il metalmeccanico rappresenta il 42% delle aziende emiliano romagnole.

Figura 1 Suddivisione delle aziende del settore manifatturiero in regione Emilia Romagna (dati Unioncamere, 2002)

In termini dimensionali, le imprese della regione sono prevalentemente piccole e piccolissime, la presenza di microimprese (n. di addetti inferiore a 10 unità) nei settori metalmeccanici della regione Emilia-Romagna oscilla dal 51% della produzione di metalli e loro leghe (settore DJ27) al 91% della fabbricazione di apparati medicali, di precisione e strumenti ottici (settore DL33). Rispetto alle altre regioni italiane l’importanza economica del settore in Emilia Romagna si pone ai primissimi posti insieme a Piemonte, Lombardia e Veneto, eguagliando l’insieme di tutte le regione del centro Italia e superando quelle del sud.

1 Il settore della meccanica tradizionale è composto dalle industrie della costruzione di prodotti in metallo, della costruzione e installazione macchine e della costruzione di apparecchi precisione

Tessile5%

Conf. articoli vestiario

8%

Ind. Legno5%

Meccanica 38%

Altro6%Industria

alimentare e bevande

13%

Fabbric. Prodotti lav. min. non

metal.4%

Editoria, stampa e riprod. supporti registrati

14%

Fabbric. Mobili7%

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Figura 2 Valore dell’export del settore metalmeccanico suddiviso per aree geografiche (dati ISTAT 2002)

Distribuzione del settore metalmeccanico in Emilia-Romagna

Le imprese del settore, sovente organizzate in concentrazioni caratterizzate da specializzazione produttiva e in aree territoriali delimitate, si distribuiscono su tutto il territorio regionale. La quota di imprese del settore nelle diverse province non è mai inferiore al 30% (Rimini al 32%), nella maggioranza dei casi (6 province su 9) superiore al 40% per arrivare a quasi il 50% nelle province di Bologna e Parma.

Figura 3 Incidenza dell'industria metalmeccanica sul comparto manifatturiero per provincia (dati Unioncamere, 2002)

Qui di seguito vengono presentati alcuni dei distretti della regione strettamente legati al settore meccanico:

macchine automatiche per l'imballaggio (packaging): in regione è concentrato circa l’80% delle imprese nazionali del comparto, particolarmente in provincia di Bologna e Modena. Quest’area svolge un ruolo di assoluta centralità nell’economia del settore, infatti circa 200 imprese con quasi 8.000 addetti operano nel comparto e producono principalmente

Emilia Romagna 14%

Nord-Est16%

Centro 13%Sud

9%

Nord-Ovest48%

49,237,4

46,1

45,2

48,935

41,2

46,1

32,6

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

BO

MO

RE

PR

PC

FC

RA

FE

RN

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macchine automatiche per il confezionamento e l’imballaggio di prodotti alimentari e per la fabbricazione di sigarette.

macchine utensili, robot, sistemi per l'automazione: l’Emilia-Romagna si colloca al terzo posto nella produzione totale nazionale sia di macchine utensili e sistemi per l’automazione industriale, con una quota del 17,3%, sia nella robotica, con una quota del 6,1%. Questa industria ha una buona presenza in regione, soprattutto nell’area di Piacenza che rappresenta un polo fortemente specializzato nella progettazione e produzione di macchine, robotica e sistemi flessibili per l’automazione; il segmento della robotica in particolare sta assumendo nel piacentino grande rilevanza con le sue 15 imprese che occupano 2000 addetti.

macchine agricole: il maggior numero di imprese impegnate nella costruzione o montaggio di macchine e attrezzature per l'agricoltura è localizzato nella provincia di Reggio Emilia, seguono poi la provincia di Modena e Bologna. Queste tre province ospitano più del 60% delle imprese produttrici. Il settore è costituito dal comparto delle trattrici, quello delle piccole macchine motrici e della componentistica. Le industrie regionali del settore rappresentano a livello nazionale circa i 2/3 del fatturato pari ad oltre il 40% della produzione.

macchine per la lavorazione del legno: seconda per il numero di imprese solo alla Lombardia ed è prima in Italia per fatturato complessivo la regione può vantare la maggiore quota del fatturato del settore con il 33% del totale nazionale. Le imprese sono concentrate nella provincia di Modena, in modo particolare a Carpi, e nella provincia di Rimini, dove ha sede il polo italiano delle industrie produttrici di macchine per la lavorazione del legno.

macchine per l'industria alimentare: Il distretto comprende tutte le aziende che costruiscono macchine ed impianti di trasformazione utilizzate nell’industria alimentare. Le imprese sono presenti su tutto il territorio regionale, con un punto di eccellenza nell’area di Parma. Qui sono localizzate circa 1/3 delle imprese nazionali che lavorano per l’industria delle conserve vegetali, per l’industria della lavorazione della carne, per l’industria lattiero casearia e per quella enologica.

macchine per l'industria ceramica: leader mondiale nel settore meccano-ceramico la maggior parte della produzione di macchine per la ceramica è concentrata nell’area compresa tra Scandiano (RE), Sassuolo (MO) ed Imola (BO).

industria automobilistica e motociclistica: La produzione motoristica delle imprese della regione (circa 900) vanta aziende di importanza mondiale e di antiche tradizioni tra le quali Ferrari, Maserati, Pagani, Bugatti, De Tomaso (Modena), Ducati e Lamborghini (Bologna), VM Motori (Ferrara).

meccanica di precisione per il medicale: Questo comparto è costituito dalle imprese di fabbricazione di apparecchi medicali, di apparecchi di precisione, di apparecchi diagnostici, di strumenti ottici e riveste una notevole importanza a livello nazionale. Quasi il 60% degli addetti è infatti impiegato in Emilia-Romagna, con oltre 2.000 imprese e quasi 3.000 unità locali che occupano oltre 12.000 addetti.

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Capitolo 2: Le lavorazioni di settore Il settore è caratterizzato da innumerevoli tipologie di processi che seguono l’intero iter di lavorazione del metallo dalla fusione alle lavorazioni e assemblaggio di pezzi di precisione. Successivamente alla fusione, comparto escluso dalle considerazioni del presente manuale, la lavorazione del metallo inizia con la formatura che permette di ottenere prodotti metallici a forma di lingotti, billette, superfici piatte, tubi allungati, filiformi (etc.) che rappresenteranno la materia prima di partenza per tutte le trasformazioni successive fino alle lavorazioni meccaniche di precisione (es. taglio, foratura, saldatura, etc.) . Lungo l’intera fase di lavorazione sono poi eseguiti trattamenti superficiali chimico-fisici atti a migliorare le caratteristiche di resistenza del metallo (all’ossidazione, agli attacchi chimici, etc.), estetiche (es. verniciatura, lucidatura) e di rimozione di contaminanti (oli, ruggine, etc.). Di seguito sono riassunte le principali lavorazioni del settore di cui sono indicati i più rilevanti aspetti ambientali: Formatura a caldo e a freddo comprende diversi metodi, quali la laminazione a caldo, a freddo e la trafilatura dell'acciaio. La produzione, con differenti linee di produzione, riguarda un ampio spettro di prodotti finiti e semilavorati: Laminazione a caldo - La laminazione a caldo è un processo di lavorazione meccanica eseguito per ridurre lo spessore o diametro della lamiera o tondo di acciaio. Il materiale di partenza può essere una bramma o una billetta, ottenuti dalla solidificazione dell'acciaio in appositi impianti di colata continua. Il materiale di partenza viene riscaldato a temperatura di massima plasticità (la temperatura è compresa tra 1050 e 1300 °C). Il processo consiste nel far passare il materiale tra una coppia di rulli tenuti ad una distanza minore dello spessore del materiale in questo modo il materiale è costretto a ridursi di spessore (laminarsi). Per raggiungere lo spessore finale del materiale voluto può essere necessario eseguire più volte il processo procedendo per riduzioni successive dapprima per il treno sbozzatore successivamente per quello o quelli finitori. I prodotti laminati a caldo sono solitamente suddivisi in due categorie in base alla forma: prodotti piatti e prodotti lunghi. I laminatoi a caldo di solito prevedono le seguenti fasi di processo:

condizionamento della materia prima (scriccatura, rettifica); riscaldamento fino alla temperatura di laminazione; discagliatura; laminazione (comprendente riduzione dello spessore e laminazione fino alle dimensioni e

proprietà finali) e finitura (rifilatura, taglio). I principali aspetti ambientali della laminazione a caldo sono le emissioni nell'atmosfera, in particolar modo NOX e SOX nonché la produzione di CO2; il consumo energetico dei forni; le emissioni (diffuse) di polvere derivanti dalla movimentazione dei prodotti, dalla laminazione o dal trattamento meccanico della superficie; la presenza di oli minerali nelle acque di scarico e nei rifiuti determinati dalla manutenzione dei cilindri, sistemi oleodinamici, etc. Laminazione a freddo - La laminazione a freddo è un processo di lavorazione meccanica atto a fornire al materiale lavorato una migliore resistenza meccanica, in quanto interviene sulla struttura dei grani cristallini, una migliore finitura superficiale (poiché il pezzo, contrariamente alla laminazione a caldo, non si ossida), o una forma desiderata. Il processo consiste nel far passare il materiale tra una coppia di rulli tenuti ad una distanza minore dello spessore del materiale; in questo modo il materiale è costretto a ridursi di spessore (laminarsi) e si ottiene di conseguenza un allungamento nel senso di laminazione. Per raggiungere lo spessore finale del materiale voluto può essere necessario eseguire più volte il processo procedendo per riduzioni successive. Le fasi e la sequenza del processo nei laminatoi a freddo dipende dalla qualità dell'acciaio trattato. Le fasi del processo utilizzato per acciaio bassolegato e acciaio legato (acciaio al carbonio) sono le seguenti:

decapaggio; laminazione per riduzione di spessore; ricottura o trattamento a caldo per la rigenerazione della struttura cristallina;

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laminazione superficiale a freddo o laminazione "skin pass" dei nastri sottoposti a ricottura per conferire loro le proprietà meccaniche, la forma e la ruvidità di superficie desiderate e infine finitura.

Il processo per l'acciaio altolegato (acciaio inossidabile) comprende fasi supplementari rispetto a quelle degli acciai al carbonio. Le fasi principali sono:

ricottura e decapaggio a caldo; oliatura; laminazione a freddo; ricottura finale e decapaggio (o ricottura in bianco); laminazione "skin pass" e finitura.

I prodotti laminati a freddo sono principalmente nastri e lamiere con finitura della superficie di alta qualità e proprietà metallurgiche precise per impiego in prodotti con elevate caratteristiche tecniche. Nella laminazione a freddo, i principali aspetti ambientali sono: i rifiuti acidi e le acque di scarico; i fumi di sgrassaggio, le emissioni nell'atmosfera di nebbie acide e di olio; la polvere, ad esempio proveniente da discagliatura e deavvolgimento; i NOX derivante dal decapaggio misto e i gas di combustione (NOX, SOX, CO2) provenienti dai forni. Trafilatura - è un processo di formatura che induce un cambiamento nella forma del materiale grezzo di partenza attraverso la deformazione plastica dovuta all’azione di forze impresse da attrezzature e matrici. La trafilatura realizza in continuo lunghi fili o barre, con una sezione circolare oppure a profilo complesso con 3 o più lati. Nella lavorazione di trafilatura il filo subisce dei passaggi forzati attraverso delle matrici (filiere) con dei fori di diametro progressivamente decrescente che ne riducono la sezione. Il volume del filo rimane costante dal momento che la trafilatura è un processo senza asportazione di materiale; con la riduzione diametrale ottengo l’incremento della sua lunghezza. L'input è solitamente costituito da vergella con diametro compreso tra 5,5 e 16 mm proveniente da laminatoi a caldo in forma di rotoli. I fili sono divisi in quattro categorie in base al loro diametro di:

Vergelle, aventi diametro 5 mm = d < 8 mm; Intermedi, con 1 mm = d < 5 mm; Sottili, con 0.15 mm = d < 1 mm; Capillari, con d < 0.15 mm.

Il tipico impianto per la trafilatura comprende le seguenti linee di processo: Pretrattamento della vergella (discagliatura meccanica, decapaggio) Trafilatura a secco o a umido (solitamente in successivi passaggi con stampi di sezione

decrescente). Durante questo processo fondamentale è l’utilizzo di appositi lubrificanti (sapone nella trafilatura a freddo o emulsioni) che ricoprono il filo con lo scopo di lubrificare, raffreddare e detergere.

in seguito ai molteplici passi di trafilatura, il filo incrudito subisce un trattamento a caldo (ricottura al passaggio-/discontinua, patentamento, tempra in olio) per ripristinare le proprietà meccaniche ed elettriche di partenza

Dopo la ricottura avviene un raffreddamento in emulsione, seguito da un’asciugatura ad aria che predispone il filo alla bobinatura.

Finitura I principali aspetti ambientali della trafilatura sono: emissioni nell'atmosfera derivanti da decapaggio, acque di scarico e rifiuti acidi; polvere diffusa di sapone (trafilatura a secco), lubrificanti ed effluenti esauriti (trafilatura a umido), gas di combustione proveniente da forni ed emissioni e rifiuti contenenti piombo derivanti dai bagni di piombo durante il patentamento. Rivestimento

Comprende diversi processi che hanno lo scopo di rivestire semilavorati o prodotti finiti con altri metalli (il più importante dei quali è lo zinco ma anche alluminio, stagno, piombo, cromo, etc.) al fine di dar loro caratteristiche estetiche o di maggiori resistenza chimico-fisica. Si suddividono in: Rivestimento per immersione continua a caldo - in questo processo il foglio o il filo di acciaio viene fatto passare in modo continuo attraverso metallo fuso. Tra i due metalli avviene quindi una reazione che conduce ad una buona aderenza tra rivestimento e substrato migliorandone le qualità di resistenza meccanica. I

ZnZnZnZn

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metalli adatti ad un utilizzo di questo tipo sono quelli con un punto di fusione sufficientemente basso da evitare variazioni termiche nella produzione di acciaio; ad esempio, alluminio, piombo, stagno e zinco. In generale, le linee di rivestimento continuo per lamiere comprendono le seguenti fasi:

Pulitura della superficie mediante trattamento chimico e/o termico Trattamento a caldo Immersione in un bagno di metallo fuso Trattamento di finitura

Gli impianti di zincatura continua dei fili comprendono le seguenti fasi: Decapaggio Flussaggio Zincatura Finitura

I principali aspetti ambientali riguardanti specificamente il processo di zincatura (di particolare diffusione) sono la produzione di rifiuti (in particolare la produzione di residui contenenti zinco), le acque di scarico contaminate da oli e cromo; le emissioni nell'atmosfera e il consumo energetico dei forni. Rivestimento per immersione a caldo discontinuo - si tratta di un processo del tutto simile a quello precedente con la differenza che è eseguito, come dice il nome, non in continuo ma per immersioni successive. L’ impianto consiste dunque sostanzialmente in una serie di bagni di processo o trattamento: l'acciaio è spostato in vasche differenti e immerso nei bagni mediante carroponti. Gli articoli da sottoporre a rivestimento negli impianti di rivestimento discontinuo sono prodotti in acciaio, quali chiodi, viti ed altri di dimensioni molto ridotte; griglie reticolari, elementi di costruzione, componenti strutturali, pali leggeri e molti altri. La zincatura discontinua comprende solitamente le seguenti fasi:

Sgrassatura Decapaggio Applicazione del flusso Rivestimento in metallo fuso Finitura

I principali aspetti ambientali della zincatura discontinua sono le emissioni nell'atmosfera (HCl derivante dal decapaggio, e polveri e composti gassosi provenienti dalle caldaie); le soluzioni esaurite impiegate nei vari processi (soluzioni di sgrassatura, bagni di decapaggio e bagni di fondente), le acque oleose (ad esempio provenienti dalla pulitura dei bagni di sgrassatura) e i residui contenenti zinco (polvere dei filtri, cenere di zinco, zinco duro). Copertura elettrolitica - comprende diversi processi quali cromatura dura, nichelatura, ramatura e zincatura elettrolitica. Innanzitutto il materiale da trattare viene adeguatamente preparato (pre-sgrassato, decapato e sgrassato). Subito dopo é immerso in una soluzione (elettrolita) contenente sali di zinco, nichel o cromo in base dal tipo di rivestimento desiderato. Nella soluzione viene creato un passaggio di corrente che per reazione di ossidoriduzione fa depositare i cationi metallici sulla superficie del pezzo (anodo) stesso fino a ricoprirlo in modo omogeneo e completo. Poiché tale processo è svolto in ambiente acquoso il consumo e la gestione dell’acqua di scarico rivestono un ruolo centrale. Risulta rilevante anche la produzione di rifiuti solidi e liquidi pericolosi così come il consumo energetico. A seconda del procedimento, gli scarichi e i rifiuti acquosi possono contenere cianuri, nonché sostanze tensioattive, alcune con scarsa biodegradabilità e con effetto cumulativo, quali ad es. gli NPE e i PFOS. Il trattamento con ipoclorito degli effluenti contenenti cianuro può dare origine ad AOX. Gli agenti complessanti (tra i quali i cianuri e gli EDTA) possono interferire con l'eliminazione dei metalli durante la depurazione delle acque reflue o rimobilizzare metalli pesanti nell’ambiente acquatico. Altri ioni, ad es. cloruri, solfati, fosfati, nitriti e anioni contenenti boro, possono avere un impatto significativo a livello locale. Per ciò che concerne le emissioni nell’atmosfera ricordiamo NOX, HCl, HF, prodotti dalle operazioni di decapaggio, le nebbie di cromo esavalente che si formano nel corso dei processi di cromatura al cromo esavalente, etc. Lavaggio/sgrassaggio

la finalità principale delle operazioni di preparazione è quella di ottenere una superficie completamente priva di contaminanti siano essi solidi (polvere, ossidi, grasso, sali, vernici, inchiostri) o fluidi (oli); tale pulizia non solo migliora l’aspetto estetico del pezzo ma è requisito necessario ad operazioni di finitura quali ad esempio

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l’applicazione di vernici, inchiostri, adesivi, resine o sostanze plastiche. Le operazioni di pulizia industriale sono alquanto varie sia per le tecnologie (es. laser, macchine sgrassatrici a vapore) che per le sostanze utilizzate (solventi, soluzioni acquose, mezzi abrasivi, ecc.), come pure diversificati risultano i relativi aspetti ambientali. Le tecniche tradizionali più comuni si basano sull’utilizzo di solventi e soluzioni acquose. Le emissioni atmosferiche sono in questo caso caratterizzate dalla presenza di COV o aerosol acidi o basici mentre le soluzioni non più recuperabili costituiscono il rifiuto principale. Nei processi che fanno uso di mezzi abrasivi (sabbia, fiocchi di CO2, etc.) le polveri rappresentano il contaminante più impattante per l’atmosfera. Altre problematiche ambientali legate ad alcune tecniche di pulizia possono essere i consumi idrici (getti a bassa e alta pressione) o quelli energetici (ultrasuoni, macchine lavatrici, etc.). Verniciatura e altri trattamenti superficiali

I trattamenti di finitura hanno una duplice funzione: di protezione ed estetica. Tra i più importanti trattamenti di finitura si ricordano l’applicazione di vernici. Le vernici possono contenere elevate concentrazioni di solventi che evaporando permettono l’essiccamento del film superficiale. Le emissioni di COV sono quindi importanti come anche i quantitativi di rifiuti costituiti da morchie, imballaggi contaminati, filtri esausti, acque e fanghi derivanti dai sistemi di abbattimento ad umido. Un’ulteriore fonte di produzione di rifiuti e il consumo di solventi è la pulizia dei macchinari (pistole di verniciatura, macchine di stampa) e degli ambienti (es. cabina di verniciatura). Finitura

comprendono una serie piuttosto ampia di lavorazioni che possono essere suddivise in:

• lavorazioni effettuate in centri a controllo numerico (CNC) quali tornitura, rettifica, taglio, svasatura, foratura, fresatura, etc.: si tratta di processi che hanno l’obiettivo di modificare la forma di un determinato pezzo di base. Tornitura e fresatura asportano il truciolo (o sovrametallo) permettendo di realizzare un pezzo finito, la cui forma è stata definita a progetto, partendo da un pezzo grezzo di metallo e asportando a freddo il materiale in eccesso (truciolo o sovrametallo), svasatura e sagomatura modificano plasticamente la forma del metallo, altre lavorazioni sono poi il taglio e la foratura.

• Saldature: è un collegamento di parti solide, attraverso fusione, che realizza la continuità del materiale fra le parti che vengono unite

• lavorazioni superficiali come spazzolatura, smerigliatura, satinatura, granigliatura, lappatura, lucidatura: lo scopo è quello di asportare contaminanti dal pezzo finito quali strati superficiali ossidati, polveri metalliche, oli, vernici, (etc.) per migliorarne l’aspetto estetico o permettere successive lavorazioni. Sono eseguite attraverso l’ausilio di parti in movimento rotatorio (spazzole metalliche, materiale abrasivo, etc.) molto veloce applicate alla superficie del pezzo che si vuole trattare oppure attraverso la collisione del pezzo con materiale abrasivo (es. sabbia) trasportato da aria o acqua in pressione

Per quanto riguarda il primo gruppo gli impatti ambientali sono relativi, oltre che al consumo di energia elettrica per il funzionamento dei macchinari, alla produzione di emulsioni lubrorefrigeranti esauste e alla produzione di nebbie oleose mentre per saldature e le lavorazioni superficiali l’impatto maggiore è quello della produzione di polveri.

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Capitolo 3: Gli impatti sull’ambiente e le relative tecniche di produzione pulite Il presente capitolo costituisce il cuore della monografia poiché illustra le tecniche più pulite applicabili all’interno del settore metalmeccanico per andare a migliorare le principali problematiche ambientali generate dal comparto. Tecniche e tecnologie di seguito presentate derivano sia dagli indirizzi sulle BAT (Best Available Techniques) contenuti nei BREF2 riguardanti aziende soggette ad Autorizzazione Integrata Ambientale (Direttiva IPPC) sia da altri approfondimenti legati alle specificità del settore metalmeccanico. Il capitolo è strutturato nel seguente modo:

• descrizione della problematica ambientale che caratterizza le produzioni metalmeccaniche; • presentazione delle tecniche a basso impatto applicabili per affrontare lo specifico problema

ambientale trattato; • focus su tecnologie a basso impatto ambientale su alcuni specifici processi.

Emissioni atmosferiche

Tecnica: Utilizzo di combustibili a minor impatto ambientale Nei cicli di produzione di energia termica la scelta del combustibile utilizzato rappresenta una delle strategie più promettenti per il controllo delle emissioni atmosferiche che si generano per effetto della combustione. Tra i combustibili più comunemente utilizzati per l’alimentazione di centrali termiche o elettriche si hanno:

• olio combustibile; • gasolio; • gas naturale o metano.

A seconda dello specifico combustibile impiegato, oltre che del regime di combustione, variano le emissioni rilasciate di CO2 (uno tra i principali gas serra) e altri composti inquinanti quali in particolare SOx che, differentemente da altri inquinanti tipici della combustione (NOx, idrocarburi incombusti), dipendono esclusivamente dalla presenza di zolfo (S) all’interno del combustibile stesso.

2 Bat REFerence documents, ossia gli studi tecnici redatti dall’EIPPCB (European IPPC Bureau) di Siviglia. Presso l’ufficio comunitario di Siviglia del Joint Research Centre è stato infatti istituito un centro di ricerca che si occupa di definire i parametri che individuano le BAT (migliori tecniche disponibili) tramite lo scambio tra Stati membri, industrie e organizzazioni.

Se si escludono le problematiche relative alle emissioni atmosferiche di determinate tipologie di lavorazione (es. verniciatura, sgrassaggio, trattamenti superficiali, etc.) che verranno specificamente trattate negli appositi capitoli. Una parte non ininfluente dell’impatto del settore sulla qualità dell’aria è determinato dai bruciatori per la produzione di calore utilizzato sia per il riscaldamento degli ambienti di lavoro che, senz’altro più significativo, per quelle attività di lavorazione meccanica, in special modo quelle cosìdette “a caldo”, che necessitano di importanti quantità di energia termica (forgiatura, laminazione, rivestimento, etc.). I principali inquinanti saranno dunque tipici dei processi di combustione di gas (metano) e liquidi (oli pesanti, gasolio) quali NOX, SOX, CO e idrocarburi incombusti nonché contaminanti quali l’anidride carbonica (CO2). Oltre che nel presente capitolo tecnologie utili alla riduzione degli impatti delle emissioni atmosferiche saranno presentate nel paragrafo che si occuperà di consumi energetici, in particolari relativamente a quelle tecniche che migliorando l’efficienza di combustione riducono le concentrazioni di inquinanti nei fumi di combustione.

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Olio combustibile La famiglia degli oli combustibili comprende distillati pesanti, o residui della distillazione o di altre operazioni di raffineria, classificati in base alla loro viscosità (oli fluidissimi, fluidi, semifluidi, densi) e al contenuto in zolfo (che viene limitato, dalla normativa in vigore, all’1% in massa per la produzione di calore in campo industriale). Attualmente sono inoltre disponibili oli combustibili definiti “ecologici”, realizzati anche mediante miscela tra olio combustibile e biodisel, il cui contenuto di zolfo raggiunge in alcuni casi percentuali inferiori allo 0,05%. Il potere calorifico medio dell’olio combustibile è pari a 10.000 kcal/kg. Gasolio Derivato dalla distillazione primaria del petrolio greggio che contiene diversi classi di idrocarburi come paraffine, aromatici e naftenici in proporzioni che variano da gasolio a gasolio. La qualità del prodotto deriva dalle caratteristiche del greggio di provenienza e dalle modalità di distillazione. Il gasolio da riscaldamento viene utilizzato come combustibile negli impianti termici. La sua principale caratteristica è l'elevato potere calorifico (con un valore medio pari a 15.500 kcal/kg). Il massimo contenuto di zolfo ammesso dalla normativa vigente si attesta sullo 0,2% in peso. Gas naturale Il gas naturale è una miscela gassosa composta essenzialmente da idrocarburi, prevalentemente metano ed in minore quantità da etano, propano, ed idrocarburi superiori. Nella miscela possono essere presenti gas inerti quali l'azoto e l'anidride carbonica. Lo zolfo può essere presente nel gas naturale come solfuro di idrogeno, uno dei principali contaminanti di questa tipologia di combustibile. Esso viene rimosso prima dell’utilizzo. Il potere calorifico medio del metano è pari a 13.500 kcal/kg. L’emissione di particolato dai processi di combustione risulta più elevata per gli impianti che fanno uso di olio combustibile, seguiti da quelli che impiegano gasolio e, infine, da quelli che utilizzano gas naturale (l’entità dell’emissione decresce al diminuire del peso specifico del combustibile). Relativamente ai combustibili liquidi, l’entità del particolato emesso può essere ridotto ricorrendo a emulsioni stabili di tali combustibili con acqua. Le emissioni di ossidi di zolfo (SOx) risultano più elevate per l’olio combustibile, essendo maggiore in questo caso il contenuto di zolfo tollerato rispetto al gasolio per riscaldamento e gas naturale. La produzione di ossidi di azoto (NOx), per quanto concerne la quota derivante dalla presenza di azoto nel combustibile impiegato, viene ridotta ricorrendo a combustibili con un basso livello di impurezze azotate (l’azoto presente nei combustibili è di solito un costituente delle molecole eterocicliche, sostanze presenti nei combustibili liquidi e solidi). Nel gas naturale non sono solitamente contenuti quantitativi apprezzabili di azoto. Oltre agli aspetti legati alla combustione, il ricorso a gas naturale in sostituzione a combustibili liquidi, come l’olio combustibile o il gasolio, determina ulteriori vantaggi ambientali in relazione ai seguenti elementi:

• il trattamento che rende possibile l’impiego del gas naturale consiste semplicemente in operazioni di disidratazione e purificazione e non richiede alcuna trasformazione come invece avviene nel caso dei derivati del petrolio che sono sottoposti a distillazione;

• la distribuzione capillare del gas naturale avviene tramite reti locali sotterranee mentre i combustibili liquidi sono distribuiti con trasporti su gomma.

Per ciò che concerne l’anidride carbonica sono di seguito indicati i quantitativi di anidride carbonica prodotta in seguito alla reazione di combustione dai differenti tipi di combustibile. Tutti i combustibili non fossili (biogas, biodiesel, etc.) prodotti a partire da biomasse sono ad emissione complessiva di CO2 neutra in quanto l’anidride carbonica liberata dalla combustione è uguale a quella sottratta all’atmosfera dalla biomassa di partenza.

Combustibile Fattore di emissione (t CO2/TJ)

Olio combustibile residuo 77,4 Gasolio 74,1 Nafta 73,3 Kerosene 71,9 GPL 63,1

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Gas naturale (secco) 56,1 Metano 54,9 Biodiesel, biogas, bio olio3 0

Tecnica: Bruciatori a bassa emissione di ossidi di azoto (low-NOx) I processi industriali per la produzione di energia termica mediante processi di combustione realizzati in forni, bruciatori, caldaie o altri impianti generano, tra i vari prodotti della combustione, anche la formazione di ossidi di azoto - NOx (derivanti sia dall’azoto presente nell’atmosfera che si ossida ad alte temperature sia dall’eventuale presenza di composti azotati all’interno del combustibile). Oltre al controllo dei combustibili impiegati, al fine di minimizzare le emissioni di ossidi di azoto che si generano dai processi di combustione possono trovare impiego appositi bruciatori, detti “Low NOx”, che ottimizzano le condizioni di combustione e riducono la produzione di tali ossidi. Questi bruciatori sono progettati per regolare l’afflusso di combustibile ed aria all’interno del sistema in modo da mantenere costante il rapporto combustibile/comburente e avere così condizioni di combustione controllate ed elevati rendimenti di processo. Sono costruiti in versione modulante, ovvero formati da moduli componibili che ne rendono possibile l’impiego in qualunque tipo di impianto adattandosi con la potenza necessaria all’applicazione richiesta. L’elevato intervallo di modulazione di un bruciatore ha come ritorno un minore dispendio di calore all’avviamento, una maggiore durata dell’impianto e una conseguente riduzione delle emissioni legata a condizioni di buon funzionamento. Il controllo della produzione di NOx è principalmente dato dalla particolare conformazione della testa della combustione, la quale imprime un’alta velocità dei gas coinvolti nella reazione. I sistemi “Low NOx” assicurano la riduzione delle emissioni e limitano la dispersione termica, realizzando così condizioni di minor consumo ed alto rendimento.

3 In questo dato come in quelli precedenti è esclusa la produzione di C02 determinata dal consumo energetico per il trasporto e la produzione del combustibile (raffinazione, etc.)

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Il consumo di energia elettrica risulta generalmente preponderante in tutto il settore ed è determinato dal funzionamento dei centri di lavoro (tornitura, fresatura, taglio, foratura, piegatura, etc.), compressori e altri macchinari (es. presse). In altri comparti del settore, sebbene il consumo di energia elettrica rimanga importante più rilevante può essere quello di energia termica. A tal proposito ricordiamo le cosìdette lavorazioni “ a caldo” (trafilatura, rivestimento, laminazione, etc.) nonché processi molto energivori quali lo sgrassaggio a vapore o con utilizzo di soluzioni acquose riscaldate. Infine da non sottovalutare può essere il consumo di energia termica utilizzato per il riscaldamento degli ambienti di lavoro.

Consumi energetici

Tecnica: Sistemi vari per l’incremento dell’efficienza delle apparecchiature elettriche Sistemi di compressione ad alta efficienza La convenienza nell'adozione di motori ad alta efficienza si ha già a partire dalle 1.300 ore di funzionamento anno per potenze inferiori ai 10 kW (basta tener conto del resto che il costo di vita di un motore è mediamente dovuto per il 98% all'acquisto di energia elettrica e solo per il 2% ad acquisto e manutenzione)4. I motori elettrici ad alta efficienza sono motori che hanno minori perdite rispetto a quelli tradizionali. Le perdite in un motore elettrico sono di diversa natura:

1. perdite meccaniche, per attrito (nei cuscinetti e nelle spazzole) e per ventilazione; 2. perdite nel ferro a vuoto (proporzionali al quadrato della tensione), consistenti nell’energia dispersa

nei cambi di direzione del flusso, e perdite per correnti parassite causate dalle correnti circolanti entro il nucleo, indotte dai cambiamenti di flusso;

3. perdite per effetto Joule (proporzionali al quadrato della corrente), negli avvolgimenti di statore e rotore.

Nei motori ad alta efficienza queste perdite sono state ridotte intervenendo sui materiali o modificando alcuni elementi costruttivi quali:

nucleo, realizzato con lamierini a basse perdite che diminuiscono le perdite a vuoto; sezione maggiorata dei conduttori dello statore e del rotore per ridurre le perdite per effetto

Joule; attenta scelta del numero di cave e della geometria delle stesse.

Per i motori elettrici si sono stabilite tre classi di efficienza eff1, eff2 e eff3 (la eff1 è la migliore, la eff3 la peggiore). Per ogni classe sono stati definiti i rendimenti minimi. Convertitori di frequenza o inverter I convertitori di frequenza possono essere applicati a tutti i motori standard a tre fasi, nuovi o esistenti, per pompe, sistemi di aerazione e convogliamento. Permettono di adattare la frequenza del motore alle effettive necessità riducendo il consumo energetico. La riduzione del consumo energetico dipende dal numero e dalla capacità della pompa; a titolo esemplificativo alcuni dati confermano che generalmente ad una riduzione del 10% dell’output di una pompa corrisponde una riduzione del 28% dell’energia consumata. L'adozione di sistemi di controllo della frequenza consente di ridurre in modo considerevole il consumo energetico soprattutto nel campo delle potenze elevate, essendo complementare in ciò ai motori ad alta efficienza, più convenienti nel campo delle basse potenze. Le maggiori possibilità di intervento si hanno per ventilatori e pompe, che presentano campi di applicabilità nell'ordine del 60% e risparmi conseguibili

4 Per esempio un motore elettrico da 15 kW, ha un costo di circa 520 euro, ed un costo di esercizio in dieci anni, considerando 3.500 ore anno e un costo dell’energia elettrica di 0,7 euro/kWh, di circa 32.000 euro: quasi 60 volte il costo iniziale.

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all'incirca del 35%. Compressori, nastri trasportatori ed altre applicazioni offrono una minore entità di riduzione dei consumi (circa la metà). Regolatori di velocità per ventole e pompe I regolatori di velocità permettono di ridurre il carico di ventole o pompe riducendone il consumo energetico. Rappresentano un sistema di regolazione del flusso più efficiente rispetto a smorzatori, valvole di regolazione e sistemi di ricircolo. Ottimizzazione della fornitura di energia elettrica Macchinari e impianti alimentati da una fornitura trifase quali trasformatori, motori elettrici, etc. assorbono energia attiva e reattiva. Quest’ultima, totalmente improduttiva, cresce allorquando i picchi di corrente e il potenziale non siano in fase. Quanto più il valore di cos Φ5 è vicino a 1 tanto più in modo efficiente l’energia elettrica è utilizzata dalle macchine. Con valori di cos Φ bassi si hanno inoltre negative ripercussioni sulla vita utile dei macchinari, causandone un’usura precoce e una minor efficienza. Poiché inoltre un eccesso di prelievo di energia reattiva determina perdite sulla rete di distribuzione nella fattura viene addebitata una penale quando cos Φ è minore di 0,9. I sistemi per ridurre tali problematiche sono sia di tipo tecnologico che gestionale, sia diretti (che si applicano ai macchinari) che indiretti (che si applicano alla fornitura) e complementari tra loro. Domande improvvise di energia elettrica possono infatti determinare perdite a causa della distorsione dei cicli di fase. Questo può essere evitato:

utilizzando motori e trasformatori correttamente dimensionati, in modo che non debbano funzionare a carico ridotto;

non lasciando in funzione impianti senza carico o a tensioni superiori a quelle nominali, perché tale condizione comporta un maggior assorbimento di potenza reattiva;

non mantenendo in esercizio motori difettosi; utilizzando inverter. Altra possibilità è quella di utilizzare il softstarter (o avviatore elettronico dolce), dispositivo

utilizzabile nel gestire la fase di avviamento per avere avviamenti (ma anche arresti) dolci e graduali con una limitazione della corrente di avviamento.

Il sistema indiretto più comune è invece il rifasatore, piccolo dispositivo che riduce l’energia reattiva prelevata dall’impianto a livello di cabina di trasformazione. Per tale tecnologia il tempo di ritorno dell’investimento è in genere inferiore a 1 anno. Spegnimento automatizzato dei macchinari Pompe e ventole, dispositivi di illuminazione, compressori e altri macchinari utilizzati in produzione sono sovente lasciati lavorare anche quando non serve. Per ovviare a tali sprechi esistono sensori in grado di individuare quando le macchine lavorano a vuoto e dunque permetterne lo spegnimento automatico. In alternativa si può eventualmente ricorrere a programmi che regolano l’attivazione delle apparecchiature in funzione di apposite schede di produzione o di tabelle orarie.

Tecnica: Sistemi di compressione dell’aria La necessità di produrre aria compressa, utilizzata per diversi utensili pneumatici (spruzzatori, smerigliatrici, trapani, avvitatori, etc.) o per le attività di pulizia con abrasivi a secco con aria compressa (sabbia, pellet, etc.) porta a dispendi di energia elettrica che possono essere significativi. Gli impianti esistenti sono spesso caratterizzati da prestazioni insoddisfacenti relativamente all'efficienza energetica, con un margine di miglioramento quantificabile fra il 10% ed 40%. I motivi possono essere svariati e in particolare di natura:

• gestionale o perdite sulla rete di distribuzione6,

5 Il fattore di potenza di un congegno elettrico (cos Φ) è dato dal rapporto tra l’energia attiva P (kW) e l’energia apparente S (kVA). 6 Un foro del diametro di un mm è associabile una perdita di portata in volume di circa 1 dm3/s, cui corrisponde una maggiore potenza del compressore di 0,3 kW (numeri che salgono a 10 dm3/s e a 3,3 kW per un diametro di 3 mm). Ad ogni incremento di pressione di 0,1 bar nella rete di distribuzione comporta un aumento del 1% dei consumi, con pressioni di lavoro nell'intorno dei 7 bar.

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o usi impropri dell'aria compressa (ad esempio per la produzione di vuoto o per la pulitura quando è possibile ricorrere a metodologie più idonee, l'utilizzo di compressori in luogo di ventilatori, etc);

• tecnico o motori a bassa efficienza;

• di progettazione o motori funzionanti a carico parziale per buona parte del tempo di utilizzo; o errato dimensionamento del gruppo compressore-motore; o produzione di aria compressa a pressioni più elevati di quelle richieste.

Suddivisioni della rete dell’aria compressa in più sottoreti Più che di una tecnologia si tratta di un importante accorgimento che può risultare utile, per ciò che concerne il risparmio energetico, in fase di realizzazione dell'impianto, o in presenza di ristrutturazioni significative. Progettando la rete di trasporto dell’aria compressa in due o più sottoreti a pressioni diverse, laddove siano presenti utenze che lavorino a pressione minore e che assorbano una quota di portata d'aria non trascurabile rispetto alla richiesta a pressione elevata, invece di produrre tutta la portata richiesta alla pressione massima, consente risparmi energetici che possono spaziare mediamente dal 10% al 25%. Utilizzo di aria più fredda nei sistemi di compressione dell’aria La quantità di energia necessaria alla compressione dell’aria è funzione della temperatura della stessa: quanto più l’aria è calda maggiore sarà il dispendio energetico necessario a comprimerla. Poiché normalmente l’aria più fredda è posta all’esterno (soprattutto nel periodo invernale) sarà possibile attraverso un sistema di condutture trasportarla internamente alla camera del compressore. L’energia necessaria al funzionamento del sistema di compressione si riduce dell’1% ogni 2,8°C di riduzione della temperatura dell’aria. Recupero di calore dai compressori di aria Dal 60 al 90% dell’energia assorbita dai compressori per l’aria è disponibile sotto forma di calore. Tale fenomeno comporta, nei compressori di maggiori dimensioni (da 100 cavalli di potenza o più), la necessità di un raffreddamento ad acqua dei motori. In entrambi i casi si può convenientemente procedere all’impiego di scambiatori di calore funzionali a recuperare il contenuto termico dissipato dai compressori o accumulato nelle acque di raffreddamento dei motori. In funzione del tipo e della dimensione dell’impianto si possono generare flussi di acqua calda a 50 – 60 °C. Il calore recuperato può essere utilizzato per il riscaldamento dei locali (es. con recupero di calore aria-aria) o per fornire calore in diverse fasi del processo; nel caso in cui la temperatura dell’acqua calda prodotta sia sufficientemente elevata può essere impiegata per un preriscaldamento dell’acqua di alimentazione delle caldaie. Il recupero di energia può essere molto redditizio quando il compressore è spazialmente vicino al processo in cui si vuole utilizzare il calore recuperato, in modo da andare a ridurre le cadute termiche del fluido vettore di calore (acqua). Torri evaporative e recupero energetico al posto dei raffreddatori Nelle torri di raffreddamento l’evaporazione di una piccola parte dell’acqua in circolo permette di allontanare una grande quantità del calore e di ridurne la temperatura. Altro sistema per ridurre la temperatura dell’acqua di raffreddamento può essere, eventualmente integrato con le torri evaporative, quello del recupero di calore effettuato attraverso scambiatori di calore grazie al quale è possibile preriscaldare acqua o aria per il riscaldamento dei locali o altra esigenza produttiva. Tali due opzioni risultano energeticamente meno dispendiose rispetto all’utilizzo di ventole. Recupero di calore dal vapore Nelle aziende in cui è utilizzato vapore (es. per attività di pulizia/sgrassaggio) l’isolamento delle linee di vapore, del condensato e dei serbatoi di stoccaggio previene inutili perdite di calore che può essere recuperato per altri fini (es. riscaldamento ambienti di lavoro, altri processi produttivi che necessitino di una temperatura dell’acqua più bassa).

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Tecnica: Tecnologie per il miglioramento del rendimento di bruciatori e centrali termiche Controllo automatico delle condizioni di combustione Una periodica misurazione dei principali parametri (ossigeno, monossido di carbonio, temperatura, opacità) delle emissioni atmosferiche prodotte dalle centrali termiche permette di individuare eventuali problemi di combustione che vanno a generare situazioni di spreco energetico e di peggioramento della qualità dei fumi rilasciati. In particolare risulta essere molto importante mantenere un corretto rapporto aria/combustibile: nel caso in cui tale rapporto sia troppo elevato, infatti, il calore sarà disperso attraverso il flusso, eccessivo, di aria; se è invece troppo basso parte del carburante non sarà combusto completamente. Variazioni del rapporto originale potranno alterare le concentrazioni di alcuni gas di scarico come ossidi di azoto, monossido di carbonio e particolato. Il rapporto aria/combustibile ottimale dipende dal tipo di combustibile utilizzato e dall’impianto (informazioni contenute nella scheda tecnica dell’impianto o fornite dal costruttore). In molti bruciatori non è però facile raggiungere e mantenere valori ottimali di combustione e può essere necessario impostare l’impianto a valori più alti del valore ottimale del 1-2% (eccesso di aria); in bruciatori che lavorano a basso carico può essere necessario incrementare ulteriormente l’eccesso d’aria con ricadute negative sull’efficienza. In risposta a tali problematiche si può ricorrere a strategie funzionali ad assicurare migliori condizioni di combustione quali:

• diminuire la concentrazione percentuale di ossigeno (tipicamente un decremento del 3% nella concentrazione di ossigeno può portare a risparmi di combustibile del 2%);

• utilizzare un sistema di controllo della valvola di tiraggio (soluzione che evita l’eccesso di aria e può portare a risparmi del 2-10% sull’utilizzo nei consumi di combustibile);

• utilizzare una valvola che regoli il flusso del combustibile permettendo di mantenere il rapporto ottimale entro un certo intervallo.

Utilizzo di atomizzatori ad aria o vapore in caldaia Il metodo con il quale il combustibile è trasportato al bruciatore può influenzare l’efficienza del bruciatore della caldaia. Laddove sono utilizzati combustibili fluidi un sistema che permette di incrementare l’efficienza, con una riduzione dei consumi di combustibile del 2-8%, consiste nell’atomizzazione del combustibile sotto forma di in gocce sospese su di un flusso di aria o vapore. Questa operazione non solo migliora il controllo nella distribuzione del combustibile all’interno della zona di combustione (riducendo eccessi d’aria e incombusti) ma permette anche una maggiore flessibilità nella scelta del combustibile e può migliorare il funzionamento a basso carico. Tra gli atomizzatori più efficienti ricordiamo quelli ad ultrasuoni che si basano sul principio di Hartmann secondo cui l’impatto assiale di un gas compresso (aria o vapore) con una parete solida sagomata a cavità risonante è in grado di generare onde acustiche di frequenza compresa tra 18.000 e 23.000 Hertz in grado di scomporre il fluido (liquido o gas metano) in particelle finissime. Recupero di calore dai fumi di combustione Parte del calore prodotto dai processi a caldo (es. laminazione) viene disperso attraverso i fumi in uscita negli impianti funzionanti con bruciatore. Mediante l’installazione di opportuni dispositivi per la captazione dei fumi caldi e il recupero del contenuto energetico attraverso il passaggio dei fumi all’interno di scambiatori di calore, è possibile valorizzare il potenziale termico dei fumi per produrre vapore per il laminatoio a caldo o per scaldare dell’aria o dell’acqua per impieghi di vario tipo oppure per pre-riscaldare l’aria di combustione). L’efficacia del processo viene incrementata:

• minimizzando la distanza tra il sistema di captazione e il punto di uscita dei fumi dalla camera di fusione;

• minimizzando il percorso che i fumi devono percorrere prima di entrare nello scambiatore di calore;

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• utilizzando dispositivi di scambio termico ad elevate superfici di contatto e in una situazione di moto turbolento e a basse velocità dei fluidi;

• ricorrendo a scambiatori di calore in cui il fluido che deve assorbire il calore rilasciato dai fumi scorra in controcorrente rispetto ai fumi stessi, in modo da mantenere in ogni punto dello scambiatore la massima differenza di temperatura tra i due fluidi.

Il sistema di scambio termico deve essere dimensionato in funzione della temperatura dei fumi caldi e della temperatura che si deve raggiungere nel fluido che accumula il calore, della pressione e della portata dei due fluidi. I materiali con cui devono essere costruite le varie parti dello scambiatore (elementi di scambio, guarnizioni, ecc.) devono garantire resistenza sia alle temperature raggiunte dai due fluidi sia alla presenza di eventuali componenti aggressive nei fumi da trattare. Il recupero dell’energia termica dispersa per produrre vapore, aria o acqua calda utilizzabile in vario modo all’interno dello stabilimento (riscaldamento locali, produzione di acqua calda per i servizi, preriscaldo dell’aria in ingresso ai forni, ecc.) si traduce in una riduzione del consumo energetico complessivo e in una conseguente diminuzione delle emissioni derivanti dalla combustione di combustibile deputato alla produzione di aria ed acqua calda (ad esempio nelle centrali termiche). La tecnologia di impiego di scambiatori di calore per recuperare il contenuto energetico da un fluido è piuttosto versatile ed applicabile in tutti i settori in cui si ha la produzione di dispersioni termiche a significativo potenziale (ovvero con un contenuto energetico che giustifica economicamente il ricorso a sistemi di recupero) quali ad esempio la laminazione o il rivestimento a caldo.

I fumi caldi di scarico possono infine essere utilizzati per la produzione di vapore utilizzabile all’interno del processo produttivo ovvero per la generazione di energia elettrica o ancora per la produzione di acqua calda all’interno di reti di teleriscaldamento. Questa tecnologia è applicabile in impianti esistenti e nuovi.

Non è conveniente applicare tale tecnologia laddove sono già presenti altri sistemi di recupero di calore o sistemi rigenerativi.

Recupero calore fumi di combustione con sistemi recuperativi o rigenerativi I sistemi recuperativi sono costituiti da scambiatori di calore che possono essere posti sia in corrispondenza che a valle del bruciatore prima dell’emissione in atmosfera. Il trasferimento di calore avviene in continuazione tra i fumi di combustione e l’aria comburente in ingresso. Con questo metodo l’aria in entrata al bruciatore può raggiungere i 600°C di temperatura. Diverso è il caso dei sistemi rigenerativi costituiti normalmente da due scambiatori di calore (rigeneratori) contenenti normalmente materiale solido (es. materiale ceramico) che si riscalda via via che continua il contatto con i fumi di combustione mentre l’altro, precedentemente scaldato, cede calore all’aria comburente in ingresso. Ad un certo punto il processo è invertito e quello che prima si riscaldava a contatto con i fumi di combustione ora riscalda l’aria fredda in entrata al bruciatore e viceversa. Con questi sistemi l’aria in ingresso può essere riscaldata a temperature superiori a 600°C. Questa tecnologia permette di recuperare il calore contenuto nei fumi di combustione con un risparmio energetico anche del 25%. Inoltre riduce i potenziali di emissione di NOX del 30% (e fino al 50% se in combinazione con i bruciatori low-NOX). Per quanto concerne i sistemi rigenerativi il risparmio energetico può arrivare al 40/50% con riduzioni di emissioni di ossidi di azoto fino al 50%. Sistemi recuperativi o rigenerativi possono essere altresì utilizzati per la produzione di vapore (es. per il laminatoio a caldo). I sistemi rigenerativi sono particolarmente indicati per forni discontinui. Poiché possono essere sensibili alle polveri sarà utile monitorarle attentamente nei fumi di combustione. Fumi ricchi di polveri possono infatti “inquinare” il materiale ceramico che dovrà essere quindi sostituito. I sistemi rigenerativi hanno costi elevati per il costo più elevato degli scambiatori e dei bruciatori. Recupero di calore da fornaci a raffreddamento evaporativo In alcune fornaci è presente un sistema di raffreddamento a circuito chiuso che sfrutta una miscela di acqua (95%) e vapore saturo (5%). In uscita dalla fornace il vapore può essere utilizzato per altri processi mentre acqua è aggiunta per compensare l’estrazione. Non è conveniente applicare tale tecnologia laddove sono già presenti altri sistemi di recupero di calore o sistemi rigenerativi. Questa opzione è ad esempio applicabile ai forni di trattamento tecnico nella laminazione a caldo.

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Tecnica: Sistemi di cogenerazione Per cogenerazione si intende la produzione combinata di energia elettrica ed energia termica: si recupera il calore di combustione a valle del processo di produzione di energia elettrica, incrementando così l’efficienza dell’intero processo. La cogenerazione rappresenta una soluzione tecnologica ottimale per migliorare i rendimenti energetici delle aziende che hanno bisogno contemporaneamente di input significativi di energia elettrica e termica nei processi. Un impianto di cogenerazione nella sua forma più semplice è composto da:

• motore a combustione interna o Turbina a gas; • generatore elettrico; • turbina a vapore.

L’energia elettrica viene prodotta utilizzando motori a combustione interna (o turbine a gas), il combustibile primario bruciando nella caldaia cede calore (energia termica) all’acqua, trasformandola in vapore. Una parte di tale energia termica viene trasferita alla turbina a vapore che, trascinando l’alternatore, la trasforma in energia elettrica. Un’altra parte, invece, viene utilizzata direttamente come vapore ai fini produttivi. La parte rimanente, infine, nella forma di calore residuo non più utilizzabile, è disperso nell’ambiente. La cogenerazione modulare è un sistema di recupero energetico facilmente abbinabile ad un qualsiasi gruppo elettrogeno ed ha la funzione di recuperare l’energia termica (calore) dall’acqua di raffreddamento del motore, dal circuito di raffreddamento della miscela aria-gas e dai gas di scarico emessi dal motore endotermico. In particolare i gas di scarico vengono utilizzati in scambiatori di calore che permettono di riscaldare l’acqua portandola fino a 95°C e surriscaldarla oltre i 100°C o produrre vapore, in questo modo si disperde solo il 10% dell’energia primaria, ottenendo quindi un rendimento globale più elevato. Gli impianti di cogenerazione possono incrementare l’efficienza di utilizzo di combustibile di oltre l’80%; a ciò corrispondono, a parità di KWh prodotto, minori costi (consentono risparmi di combustibile, rispetto ad altre tipologie di impianti, che vanno, a seconda del tipo di impianto utilizzato, dal 60% al 100%) e minori emissioni di inquinanti e di gas ad effetto serra, rispetto alla produzione separata di energia e calore.

Tecnica: Sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili Energia solare La radiazione solare, nonostante la sua relativa scarsa densità (che raggiunge 1kW/m² nelle giornate di cielo sereno), resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre. Il miglioramento dell’efficienza dei pannelli solari, la durata e la bassa o nulla necessità di manutenzione degli impianti ha reso molto interessanti alcune applicazioni nel settore civile come in quello industriale. Due sono le principali applicazione dell’energia solare: lo sfruttamento per usi termici e quello per la produzione di energia elettrica. Solare termico Lo sfruttamento dell’energia solare per usi termici ha il duplice vantaggio di ridurre sia le emissioni inquinanti tipici della combustione di fossili sia i consumi energetici. La tecnologia ha raggiunto maturità ed affidabilità tali da farla rientrare tra i modi più razionali e puliti per scaldare l'acqua o l'aria nell'utilizzo civile e produttivo (es. riscaldamento degli ambienti, riscaldamento dell’acqua per la sanificazione o per la preparazione di miscele liquide). La tecnologia a bassa temperatura è la più diffusa, economica e matura. La denominazione “a bassa temperatura” si riferisce ai fluidi che sono riscaldati, attraverso la radiazione solare, a temperature inferiori a 100°C (raramente si raggiungono i 120°C). Un impianto solare standard è composto da diverse unità, ognuna con una funzione specifica:

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• collettore - è rappresentato dal “classico” pannello solare; serve a captare la radiazione solare, che, penetrata attraverso lo schermo trasparente, viene trasformata in calore da un assorbitore (lamiera di colore nero ad alta capacità di trasmissione del calore con tubi integrati) che riscalda un liquido primario (acqua addizionata a glicole etilenico). Tra i pannelli solari più comuni si ricordano i pannelli piani vetrati, in grado di produrre acqua ad una temperatura di 70° maggiore rispetto a quella ambientale, e quelli sottovuoto, a maggior efficienza, in grado di scaldare l’acqua a temperatura di 100° maggiore di quella ambientale;

• serbatoio per conservare l’acqua in temperatura - contiene al suo interno uno scambiatore di calore ad intercapedine nel quale circola il liquido del circuito primario che, cedendo il calore ricevuto dal sole, riscalda l'acqua contenuta nel serbatoio. Poiché la radiazione solare non è sempre presente e varia di intensità nelle diverse fasi della giornata è necessario conservare il calore accumulato attraverso un serbatoio che è normalmente di un volume pari a 1,5 – 2 volte il consumo giornaliero7;

• accessori di regolazione e sicurezza – si tratta di dispositivi (pompa, vaso di espansione, valvole di sicurezza, centralina di regolazione) che permettono di gestire il funzionamento di tutto l’impianto in condizioni di sicurezza.

Per avere un’idea delle potenzialità di questi sistemi si pensi che 1 m2 di collettore solare può scaldare a 45-60 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a seconda dell'efficienza che varia tra il 30% e 80% con le condizioni climatiche e con la tipologia di collettore. Tali sistemi sono normalmente integrati per cui nel caso in cui prolungate condizioni climatiche avverse o un eccezionale consumo di acqua calda non permetta di fornire l’energia termica necessaria sarà la centrale termica a fornire il calore necessario con un evidente risparmio energetico (in quanto dovrà scaldare acqua già parzialmente calda). Le potenzialità di questa tecnologia nel settore metalmeccanico si estrinsecano in particolare nell’utilizzo civile e in alcune condizioni (quantità d’acqua limitate, temperature non elevate) anche in quello produttivo. Può essere infatti utilizzata per la produzione di acqua calda sanitaria e per il riscaldamento degli ambienti di lavoro (meglio se accoppiata a sistemi di riscaldamento a bassa temperatura, es. riscaldamento a parete o pavimento), riducendo così i consumi di metano o gasolio per la centrale termica. Solare fotovoltaico L'energia del sole che giunge sulla terra sotto forma di radiazione elettromagnetica può essere convertita in energia elettrica grazie a moduli che sfruttano l'effetto fotoelettrico. I fotoni, infatti, trasportano energia e assorbiti da alcuni materiali (particolari semiconduttori con impurezze) possono liberare elettroni. Si crea così una corrente continua che fuoriesce dal materiale e che può essere utilizzata per il funzionamento di utenze oppure caricare una batteria, ecc. Il sistema di integrazione alla rete elettrica in cui l’energia prodotta è misurata e direttamente immessa in rete permetterà all’utenza di non aver problemi legati all’accumulo né di periodi di bassa disponibilità in caso di prolungate condizioni di irraggiamento negative. Un impianto di connessione a rete è costituito, oltre che dai moduli fotoelettrici, da un inverter “di connessione a rete”, completo dei necessari dispositivi di interfaccia che garantiscono il rispetto delle caratteristiche richieste dalle società elettriche in quanto a qualità di energia elettrica immessa in rete e sicurezza operativa. La manutenzione di un sistema fotovoltaico è molto limitata e normalmente la durata dell’impianto si attesta attorno ai 30 anni. Prendendo come riferimento un impianto da 1 kW (8 – 10 m2 di pannello) di potenza nominale, con orientamento ed inclinazione ottimali ed assenza di ombreggiamento, non dotato di dispositivo di “inseguimento” del sole, in Italia è possibile stimare le seguenti produttività annue massime:

• regioni settentrionali 1.100 kWh/anno; • regioni centrali 1.400 kWh/anno; • regioni meridionali 1.600 kWh/anno.

Come misura per stimolare lo sfruttamento dell’energia solare diversi sono gli incentivi per le PMI tra cui il “Conto Energia” che prevede il riconoscimento di una tariffa incentivante per ogni kWh prodotto da sistemi solari fotovoltaici e immesso nella rete elettrica locale. La tecnologia è applicabile vantaggiosamente, da un punto di vista economico, laddove la produzione energetica sia dell’ordine di grandezza dei consumi. Per micro e piccole aziende gli impianti più comuni variano da una potenza di 20 a 100 kWp. 7 Un serbatoio più piccolo non permetterebbe di sfruttare appieno tutta l’energia accumulata mentre uno più grande produrrebbe un elevato accumulo di acqua ma ad una temperatura minore, facendo così entrare in funzione il sistema di riscaldamento ausiliario (centrale termica).

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Consumi idrici

Tecnica: Circuito chiuso delle acque di raffreddamento e sistemi di raffreddamento a basso consumo energetico Durante la fase di raffreddamento l’acqua utilizzata si riscalda sottraendo calore all’elemento che deve essere raffreddato. Per poter essere nuovamente utilizzata allo scopo, ovvero per implementare un sistema chiuso di raffreddamento, occorre dotarsi di dispositivi in grado di riportare l’acqua utilizzata in condizioni idonee a poter sottrarre nuovamente calore in maniera efficace. Possono essere applicati allo scopo:

torri di raffreddamento; recuperatori di calore.

Nelle torri di raffreddamento l’evaporazione di una piccola parte dell’acqua in circolo permette di allontanare una grande quantità del calore presente nell’acqua trattata. Durante l’evaporazione si produce un fenomeno di concentrazione dei sali e delle altre sostanze presenti nell’acqua che rende necessario un periodico spurgo e reintegro con acqua fresca (comunque richiesta anche per compensare la quantità persa per evaporazione). In funzione della composizione dell’acqua può essere necessario anche un trattamento supplementare (consistente nel dosaggio di specifici additivi quali inibitori di cristallizzazione, inibitori di corrosione, biocidi, ecc.; e nel preliminare addolcimento delle acque) delle acque immesse nel circuito di raffreddamento in aggiunta allo spurgo per evitare fenomeni di corrosione, crescita batterica o altro causate dalle sostanze che si concentrano nel circuito. Un’ulteriore soluzione può essere quella di far passare l’acqua di raffreddamento usata all’interno di scambiatori di calore adibiti a funzioni di recupero energetico: utilizzando un fluido (aria, acqua o altro) a temperatura inferiore rispetto a quella dell’acqua di raffreddamento da trattare si ottiene un passaggio del contenuto termico dall’acqua di raffreddamento (che quindi ritorna a livelli di temperatura che ne consentono il riutilizzo in un nuovo ciclo) al fluido utilizzato (che può essere quindi impiegato per funzioni di riscaldamento). Il sistema di scambio termico deve essere dimensionato in funzione della temperatura dell’acqua da trattare e della temperatura che si deve raggiungere al termine del trattamento. Tali sistemi sono applicabili sia per le acque di raffreddamento degli impianti che del materiale (es. successivamente ai processi di ricottura).

Tecnica: Trattamento e riutilizzo dell’acqua In tutti i processi in cui l’acqua è contaminata da particelle solide in seguito all’utilizzo nel processo produttivo (es. raddrizzamento delle superfici, getti ad alta pressione per la rimozione di scaglie, ruggine, etc.) è possibile attraverso separazione fisica solido/liquido (per gravità o filtrazione) depurarla e riutilizzarla negli stessi processi o in altri.

Oltre ai consumi di tipo domestico (servizi, spogliatoi), i consumi idrici tipici del settore metalmeccanico sono determinati dalla produzione di emulsioni lubrorefrigeranti e soluzioni acquose o semiacquose per pulizia/sgrassaggio o altre attività di finitura (lappatura). Altro utilizzo idrico che può essere rilevante è quello del raffreddamento di impianti o semilavorati diretto o indiretto (in cui l’acqua è utilizzata per raffreddare bagni d’olio o altre soluzioni senza che avvenga un contatto diretto). Poiché molto spesso l’acqua contaminata è gestita come rifiuto altre tecnologie utili alla riduzione dei consumi idrici possono essere visionate nel paragrafo relativo ai rifiuti.

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Tecnica: Sensori applicati a sistemi a getto di pressione Semplici sensori possono essere montati in impianti che prevedono la presenza di getti a pressione (macchine lavatrici, impianti di discagliatura, sistemi a getto a bassa e alta pressione, etc.) in modo da individuare esattamente il momento di entrata ed uscita del materiale regolando il tempo di accensione delle valvole dell’acqua. L’istallazione di questi sensori permette di ridurre gli sprechi d’acqua. Sono facilmente applicabili anche in impianti esistenti.

Tecnica: Sfruttamento delle acque piovane Sistemi di accumulo sotterranei delle acque piovane dotati di appositi sistemi filtranti permettono di sfruttare acqua dolce (che non necessita dunque di impianto di addolcimento) utilizzabile sia a fini civili (es. scarico bagni, irrigazione del verde aziendale) che produttivi (es. acqua per produzione emulsioni, sistemi di abbattimento ad umido, etc.).

Tecnica: Depurazione e ricircolo della soluzione sgrassante Le soluzioni utilizzate per lo sgrassaggio possono essere depurate e riutilizzate allo stesso scopo. Le tecniche di recupero delle soluzioni esauste sono: Depurazione meccanica Con questa tecnologia le particelle più pesanti sono sedimentate e allontanate dalla soluzione mentre altre impurità sospese possono essere separate attraverso separatori a gravità. I conglomerati di oli e grassi, che ne rappresentano la principale contaminazione, possono essere separati attraverso schiumarole, tubi di drenaggio e scarico, raschi, etc. In questo modo utilizzando la sola forza di gravità per un paio di ore è possibile aumentare la vita della soluzione di 2-4 volte. Sistema alquanto più veloce sono i separatori centrifughi che separano olio (con concentrazioni di acqua del 5-10% max) e acqua in pochi secondi e con maggiore efficienza in quanto in grado di separare gocce d’olio anche piccolissime e al contempo di non allontanare i materiali chimici utili allo sgrassaggio. In pochi secondi è così possibile aumentare la vita del bagno fino a 16 volte. Con le soluzioni alcaline, essendo l’emulsione alquanto instabile la separazione con i conglomerati di olio e grasso risulta più facile. Lo stesso tipo di pulizia può avvenire con soluzioni acide che formano però con oli e grassi emulsioni più stabili e dunque il processo risulta meno efficiente nella separazione. L’utilizzo dello sgrassaggio acido permette di ridurre i consumi idrici in quanto non necessita, come per lo sgrassaggio alcalino, una successiva fase di lavaggio. Micro e ultra filtrazione a membrana Successivamente ad una fase di deposizione e filtrazione che permette la separazione del materiale particellare la soluzione è pompata attraverso una membrana ad una pressione variabile da 3 a 8 bar. Oli, grasso, e surfattanti esausti sono fermati dalla membrana e dunque separati da resto della soluzione. La vita del bagno può aumentare di 10 – 20 volte.

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Tecnica: Sistema a cascata delle acque di risciacquo e riutilizzo dell'over-flow Al fine di ridurre i consumi idrici e la quantità di acque da depurare il risciacquo potrebbe essere effettuato a cascata in controcorrente. Con questa tecnica, in cui sono presenti normalmente da 3 a 6 vasche di dimensioni crescenti, l’acqua non contaminata è utilizzata solo per l’ultimo risciacquo. Nella prima vasca l’acqua contaminata è invece utilizzata per sciacquare i pezzi appena usciti dalla vasca di decappaggio. Il sistema a vasche di dimensioni crescenti fa si che dalle vasche successive (contenenti acqua più pulita) essa trabocchi in quelle precedenti. L’acqua traboccata (over-flow) è con questo sistema sempre recuperata. L’acqua di risciacquo delle vasche intermedie può essere utilizzata per diluire gli acidi nella vasca di decappaggio oppure per separare gli acidi nella colonna di assorbimento utilizzata per la rigenerazione delle soluzioni acide esauste. Oltre a ridurre il consumo di acqua e la produzione di acque di scarico permette di ridurre i consumi di acido. Questo sistema è utilizzato per gli impianti di decappaggio di stabilimenti in cui è effettuata laminazione a freddo,trafilatura, rivestimento a caldo e dove avvengono processi chimici e elettrochimici.

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Consumo di sostanze pericolose

Tecnica: Lubrificazione elettrostatica In diversi processi, tra i quali quelli di formatura o zigrinatura a freddo, è sovente necessario trattare le superfici metalliche con oli protettivi in modo che l’attrito e le elevate temperature che si vengono a formare non determinino difetti del prodotto finito. Il trattamento con oli avviene anche al fine di proteggere i metalli dalla corrosione durante lo stoccaggio e il trasporto. A tale scopo possono essere utilizzati degli oliatori elettrostatici che, spruzzando l’olio dopo averlo opportunamente caricato attraverso un elettrodo, permettono di oliare il semilavorato in modo uniforme (in quanto le gocce, avendo la medesima carica, si allontano una dall’altra distribuendosi omogeneamente). Questo sistema permette di ridurre in modo significativo il consumo di olio e la produzione di rifiuti pericolosi determinati da altri sistemi di applicazione. È possibile inoltre prevedere la copertura della macchina oliatrice in modo da ridurre il quantitativo di aerosol oleoso disperso nell’ambiente lavorativo o nelle emissioni in atmosfera e di raccoglierlo insieme alle gocce cadute dal pezzo durante l’oliatura.

Tecnica: Rilevatori di perdite Lungo le tubazioni dei circuiti di lubrificazione, ed in particolare, in corrispondenza dei cuscinetti idrostatici, è possibile installare rilevatori di perdite in grado di permettere un pronto intervento riducendo così sprechi e il rischio di fuoriuscite e di conseguente contaminazione dell’ambiente di lavoro. Tale tecnologia viene applicata nei circuiti di lubrificazione degli impianti di laminazione.

Tecnica: Depurazione e riutilizzo dei lubrificanti Alcuni lubrificanti, utilizzati per esempio nei processi di trafilatura, costituiti da emulsioni semiacquose o oli puri tendono ad accumulare, durante di processi di produzione, fini particelle di metalli. Aumentando la concentrazione di tale contaminante possono crearsi problemi quali rotture, bassa qualità del prodotto o logorio dei macchinari. Al fine di ridurre la produzione di oli o emulsioni esauste è possibile utilizzare sistemi a filtrazione o a centrifuga per depurare il lubrificante e continuare dunque ad utilizzarlo. Questa tecnologia è applicabile a impianti sia nuovi che esistenti.

Tra le sostanze pericolose più utilizzate nel settore metalmeccanico ricordiamo gli oli utilizzati per la produzione di emulsioni lubrorefrigeranti dei centri di lavoro (es. torni) e per la lubrificazione di macchine e semilavorati (es. laminazione). Altri prodotti pericolosi quali solventi e prodotti al solvente, acidi e basi sono perlopiù utilizzati per le attività di verniciatura e lavaggio industriale e dunque trattati nei relativi paragrafi.

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Tecnica: Separazione dell’olio dalle acque di drenaggio e riutilizzo dell’olio recuperato L’acqua di drenaggio contaminata da oli provenienti da diversi impianti o stoccaggi può essere raccolta in serbatoi. Così, l’olio può essere separato dall’acqua attraverso un disoleatore, per essere nuovamente recuperato all’interno della fornace o destinato ad altri usi interni o esterni. Per essere invece riutilizzato allo stesso scopo è necessario verificare che le caratteristiche fisiche (es. viscosità) e la composizione chimica siano soddisfacenti rispetto alle caratteristiche minime richieste dagli impianti. Tale tecnica è applicabile in particolare negli impianti di formatura (es. laminazione a caldo) dove sono utilizzati importanti quantitativi di lubrificante per proteggere macchine e materiali durante le forti sollecitazioni meccaniche.

Tecnica: Unità di controllo di erogazione per la produzione di emulsioni Esistono delle unità di controllo automatiche in grado di miscelare acqua e olio per la produzione di emulsioni in parti esatte precedentemente impostate. Rispetto ai sistemi manuali tradizionali ciò permette di annullare la variabilità delle proporzioni della miscela e ridurre sprechi di oli minerali dovuti a sovradosaggi.

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Consumo di materie prime e imballaggi

Tecnica: Raccolta e recupero degli scarti metallici La raccolta e la differenziazione per natura dei diversi scarti metallici generati rappresenta oltrechè una scelta di riduzione dell’impatto ambientale anche una possibilità di recupero economico. Tali scarti hanno infatti un valore commerciale e possono essere recuperati, dipendentemente dalla tipologia di attività presente all’interno dell’azienda, sia internamente (es. rifusione) che esternamente. La raccolta avviene in occasione delle attività di pulizia:

degli ambienti di lavoro; dagli impianti di lavorazione quali quelli di trattamento termico (es. patentamento con

piombo) o rivestimento a caldo sia continuo che discontinuo (es. zincatura) Possono essere altresì determinati da processi di depurazione di emulsioni o soluzioni utilizzate per il raffreddamento, sgrassatura, discagliatura o raddrizzamento tramite decantazione o filtrazione. Buona pratica relativa allo stoccaggio di tali scarti è senz’altro quella della differenziazione dei diversi materiali (zinco, piombo, ferro, rame, etc.) e della separazione degli scarti contaminati (ad esempio da oli) da quelli non contaminati.

Tecnica: Strategie per ridurre gli impatti del packaging La scelta del materiale da imballaggio dovrebbe basarsi, oltre che sulle caratteristiche qualitative e di mantenimento di condizioni ottimali per la protezione del prodotto sui seguenti principi:

• riutilizzo dell’imballaggio; • utilizzo di imballaggi in materiale riciclato; • riduzione della massa dell’imballaggio a parità di resistenza; • facilità di riciclo dopo l’uso (ricorrendo quindi il più possibile a materiali non compositi); • utilizzo di materiali (es. di riempimento) per quanto possibile naturali (truccioli, fibra di cotone o di

legno, carta, juta, ecc.) non chimicamente modificati provenienti da fonti rinnovabili e facilmente biodegradabili.

Il metallo è storicamente una delle materie prime più importanti delle società antiche e moderne e rappresenta nel settore metalmeccanico la materia prima per eccellenza. Dato anche il prezzo che gli scarti metallici possono ottenere, il recupero di essi è una prassi abbastanza diffusa ma che può ulteriormente essere migliorata. Per ciò che concerne il consumo di imballaggi esso è molto differente tra i diversi comparti del metalmeccanico. Poco rilevante nelle prime fasi della lavorazione dei metalli (es. fusione, trafilatura, forgiatura, laminazione, etc.) nelle quali il prodotto per ragioni di dimensioni o necessità è trasportato in ceste metalliche costantemente riutilizzate o per nulla imballato risulta invece più importante nel comparto della lavorazione di precisione e ancora di più nell’industria meccanica-elettronica.

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Rifiuti

Tecnica: Recupero riutilizzo delle emulsioni Le emulsioni contaminate possono essere smaltite come rifiuti o trattate, e parzialmente riutilizzate, riducendo così la produzione di rifiuti pericolosi nonché il consumo di acqua. L’obiettivo è quello di dividere la frazione oleosa da quella acquosa. Il metodo più utilizzato è quello dell’evaporazione attraverso il quale l’emulsione è riscaldata fino a far evaporare gran parte dell’acqua che viene quindi, attraverso uno scambiatore di calore, condensata e può essere utilizzata nuovamente per la produzione di nuove emulsioni o per altri utilizzi (es. abbattitore ad umido dell’impianto di verniciatura). Gli oli rimasti sono invece smaltiti come rifiuti pericolosi. Il sistema determina un aumento del consumo di energia termica (in parte recuperata con scambiatore di calore) necessaria all’evaporazione.

Tecnica: Demineralizzazione dell’acqua utilizzata per le emulsioni Attraverso un impianto di osmosi inversa è possibile demineralizzare l’acqua utilizzata per la formazione di emulsione. L’acqua, privata dei sali minerali, tende a miscelarsi con molta più facilità con la parte oleosa. Poiché le due fasi non tendono a separarsi è possibile utilizzare meno olio, inoltre non sono necessari additivi (spesso irritanti) specifici per migliorare il grado di miscelabilità. Il vantaggio maggiore sta però nell’allungamento notevole della vita utile dell’emulsione in quanto essa mantiene caratteristiche di lubrorefrigerazione ottimali nonché condizioni ostili alla proliferazione di batteri.

Tecnica: Recupero energetico di oli e grassi esausti In impianti integrati, laddove presenti altoforni, è possibile utilizzare in situ gli oli e grassi di scarto, quelli separati dai processi di depurazione di soluzioni sgrassanti ed emulsioni, come combustibile.

Tecnica: Utilizzo di separatori di fanghi di molatura Il principio di funzionamento di tali separatori si basa sulle caratteristiche magnetiche di molti metalli, grazie ad esse il separatore è in grado di separare la parte metallica che può così essere facilmente inviata al recupero.

Se si escludono i rifiuti o gli scarti solidi metallici la maggior parte dei rifiuti prodotti nel settore è costituito da liquido oleosi (es. emulsioni) e lubrificanti esausti. Altri rifiuti pure molto importanti quali solventi o soluzioni acide o basiche esauste sono state trattate nei paragrafi relativi alla verniciatura, lavaggio industriale, decappaggio/flussaggio e trattamenti chimici.

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Con questo sistema è possibile ridurre i quantitativi di rifiuti destinati allo smaltimento o al trattamento finalizzato al recupero. La parte metallica ricavata potrà dunque essere inviata direttamente al recupero esterno con minori costi di gestione. È applicabile laddove sono prodotti fanghi di molatura contenenti metalli con proprietà ferromagnetiche (lucidatura, smerigliatura, etc.).

Tecnica: Stoccaggio in sicurezza di particolari tipologie di metalli La protezione dagli agenti atmosferici, attraverso adeguate coperture, per gli stoccaggi di metalli (sottoprodotti o materie prime) è in generale una buona pratica che permette di ridurre l’impatto inquinante delle acque piovane; essa è molto importante nel caso di accumuli di metalli che possono essere tossici a basse (es. piombo, cadmio, nichel) o alte concentrazione (es. zinco, rame).

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Rumore

Tecnica: Accorgimenti per la riduzione del rumore Diversi sono gli accorgimenti che permettono di ridurre l’intensità sonora determinata dal funzionamento degli impianti e dai processi di trattamento del metallo. Tra questi ricordiamo: sistemi di tipo ingegneristico: riguardano perlopiù l’utilizzo di silenziatori (es. per compressori) possono essere assorbenti o reattivi. Nel primo caso assorbono il rumore, nel secondo sono costituiti da camere e deflettori le cui dimensioni e posizionamento permettono di ridurre l’intensità rumorosa in uscita. Questi ultimi sono in genere più efficienti in quanto agiscono in particolare su rumore a bassa frequenza. Altri sistemi sono quelli di insonorizazione e/o isolamento acustico dei macchinari (es. grosse ventole). Gestionali: posto che le condizioni microclimatiche lo permettano l’adozione di porte scorrevoli automatiche che si aprano solo a necessità permette di ridurre l’intensità sonora percepita dello stabilimento al di fuori dell’edificio. Edile: si tratta di opere di isolamento acustico che possono essere progettate preventivamente alla costruzione dello stabilimento o in conseguenza di ristrutturazioni straordinarie.

La maggior parte dei processi di lavorazione meccanica dalla formatura alla finitura, dalle attività di pulizia meccanica alla verniciatura determinano intensità sonore significative.

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Nelle pagine successive vengono presentate le tecniche inerenti alcune specifiche lavorazioni del comparto metalmeccanico che agiscono su più di una problematica ambientale, ovvero le tecniche proposte affrontano e migliorano diversi impatti ambientali contemporaneamente (es. la riduzione dei consumi energetici e il miglioramento della qualità degli scarichi). Al fine di agevolare la lettura, le tecniche vengono suddivise e presentate per tipologia di lavorazione. PROCESSO DI VERNICIATURA

Tecnica: Vernici a base acquosa Quanto a proprietà chimiche (resistenza chimica, ai raggi UV, etc.) e meccaniche (es. colore, lucentezza, resistenza all’abrasione) molte vernici a base acquosa eguagliano o superano i prodotti tradizionali a solvente. In questi prodotti gran parte della frazione solvente è costituita da acqua, ciò riduce significativamente la concentrazione di composti organici che raggiunge anche valori del 4 – 5%. Grazie a questa caratteristica possono essere contenuti i costi di acquisto e gestione del sistemi di abbattimento (es. carboni attivi, post-combustore). A questo si aggiunge che questi prodotti sono meno tossici e con caratteristiche di bassa o nulla infiammabilità. La maggior parte delle vernici a base acquosa sono inoltre inodori. Sono applicate a diversi substrati quali metalli e materie plastiche, è da notare però che il pH di molte vernici ad acqua può essere considerato elevato (varia comunemente da 8 a 9,5) per alcuni metalli particolarmente sensibili ad attacchi alcalini. L’utilizzo di acqua come solvente principale crea però alcuni inconvenienti comuni. La fase di essiccamento è generalmente più lunga e delicata per queste vernici a causa dell’elevato calore latente dell’acqua, per questo motivo sono spesso utilizzati sistemi di essiccamento ad aria forzata o forni e vengono utilizzati co-solventi per velocizzare il processo. Tali sistemi necessitano di un maggiore consumo energetico. L’applicazione elettrostatica dovrebbe essere presa in considerazione in quanto le vernici a base acquosa sono altamente conducibili. Le vernici a base acquosa sono generalmente più sensibili al grado di pulizia del substrato da trattare. Di fatto il solvente presente nei prodotti convenzionali è in grado di dissolvere eventuali tracce di oli o grassi mentre ciò non succede con i prodotti a base acquosa; il substrato dovrà dunque essere completamente sgrassato e dovranno essere rimosse ogni traccia di ruggine e particolato, pena la formazione di crateri e bolle e una minore bagnabilità del substrato, caratteristica quest’ultima più difficile da ottenere a causa dell’elevata tensione superficiale dell’acqua. La scelta di un co-solvente in una vernice ad acqua può essere quindi cruciale per evitare tali difetti. Sarà inoltre importante evitare che il pretrattamento lasci residui (es. macchie, aloni, striature) che sono normalmente dissolti dalle vernici tradizionali ma che dopo la verniciatura con prodotti a base acquosa possono diventare visibili. Poiché si tratta di prodotti poco tossici alcuni prodotti vernicianti all’acqua, se non stoccati correttamente, sono passibili dell’attacco di microrganismi (funghi e batteri). Le aree di stoccaggio dovrebbero essere quindi protette da un eccessivo calore per prevenire la degradazione della vernice e da temperature troppo basse per evitarne il congelamento. Per ciò che concerne l’aspetto economico normalmente gli investimenti necessari all’istallazione di un impianto di verniciatura con prodotti a base acquosa sono minori rispetto a quelli necessari per impianti di verniciatura con prodotti in polvere. A ciò è possibile aggiungere che gli impianti per la verniciatura con prodotti convenzionali possono essere compatibili con l’utilizzo di prodotti a base acquosa; in particolare, in questo caso, sarà opportuno però accertarsi che l’impianto sia costruito in materiale non suscettibile all’azione chimica dell’acqua. Il ridotto rischio di incendio e di malattie professionali si traduce in minori costi assicurativi per le aziende. Vernici acriliche in dispersione acquosa a base epossidica Per quanto riguarda le proprietà chimiche e meccaniche le vernici acriliche a base epossidica eguagliano, se non superano, vernici a base solvente epossidiche e uretaniche. Hanno un’ottima resistenza alla corrosione così come ai fluidi idraulici, ai fluidi meccanici, agli oli da taglio e lubrificanti, all’acqua e ai solventi. Sono caratterizzate da buona resistenza alla luce ultravioletta e mostrano lucentezza, ottima ritenzione del colore

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e resistenza allo sfarinamento. Queste vernici hanno infatti un basso peso molecolare prima della polimerizzazione che permette loro di produrre finiture ad alta lucentezza. Il film può andare incontro ad ingiallimento. La componente epossidica migliora l’adesione e la resistenza agli alcali. Può accadere che residui di co-reagente possano creare alcune difficoltà quali una minore resistenza agli agenti chimici. Queste vernici ibride possono essere applicate ad acciaio, alluminio, e plastiche. Sono tipicamente usate in applicazioni dove è richiesta una resistenza agli agenti chimici superiore a quella fornita da una componente puramente acrilica e laddove sono desiderabili sostanze che emettono pochi odori. Sono utilizzate per la finitura di superfici metalliche, dove dimostrano qualità migliori rispetto al lattice acrilico, e nella produzione di macchinari per l’industria. Per quanto riguarda le vernici epossidiche a base acrilica sono comunque stabili in un ampio intervallo di temperatura. Le vernici acriliche a base epossidica possono essere applicate con i più comuni sistemi ad aria compressa, alle volte però non sono compatibili con i sistemi airless e di atomizzazione mista. L’applicazione deve avvenire entro 36 ore dalla preparazione della vernice. Queste vernici formano legami incrociati che danno origine a film reticolati insolubili. L’essiccamento è, come in molte altre vernici a base acquosa, piuttosto lento e può avvenire a temperatura ambiente oppure attraverso getti forzati di aria calda (<90 °C). Se la polimerizzazione avviene a basse temperature e/o in ambienti molto umidi si può causare la formazione di un film di qualità inferiore.

Lattice acrilico in dispersione acquosa Il lattice è una emulsione acquosa di un polimero organico; la caratteristica principale dei lattici è che utilizzano acqua per fluidificare sostanze che non sono intrinsecamente fluide e solubili in acqua. I lattici acrilici hanno una buona durevolezza ed una eccellente resistenza alla degradazione da raggi UV. Durezza, flessibilità, resistenza chimica e all’abrasione e altre proprietà fisiche e chimiche derivano dal polimero di base del lattice e da alcune specifiche modificazioni: le miscele acriliche – uretaniche sono per esempio state sviluppate per combinarne i benefici della resina acrilica quali l’elevata lucentezza, la resistenza agli agenti meteorologici, l’economicità e l’ottima apparenza complessiva e del poliuretano che apporta alla miscela polimerica resistenza ai solventi e altri agenti chimici, all’abrasione, flessibilità e forza. Certe vernici a base acquosa acriliche vengono riconosciute, per la resistenza che dimostrano, come alternative alla gomma clorurata, al vinile, ai prodotti a finire alchidici. Come altre vernici a base acquosa questa vernice è caratterizzata da un ottimo colore e lucentezza che mantiene all’esterno per periodi maggiori rispetto a vernici alchidiche non modificate. È disponibile in un’ampia gamma di colori e tutti i livelli di lucentezza e il livello di finitura è simile o perfino superiore rispetto a quello ottenuto con vernici a base solvente. Il film può andare incontro ad ingiallimento. Le vernici a base di lattice acrilico seccate all’aria hanno una buona durezza, contengono altre sostanze idrosolubili e non volatili come tensioattivi e addensanti che rimangono nel film una volta secco. Queste sostanze possono però percolare via lasciando un film meno continuo e più permeabile. Può accadere che residui di co-reagente possano creare alcune difficoltà quali una minore resistenza agli agenti chimici. Le applicazioni riguardano acciaio, alluminio e plastica. In particolare è utilizzata per la finitura di oggetti plastici nel settore medicale e delle macchine industriali, non mancano però applicazioni su metallo e legno. In alcune applicazioni i lattici si dimostrano più tolleranti alle diverse condizioni di applicazione rispetto alle pitture a base solvente, possono inoltre essere applicati su substrati umidi. Sono utilizzati anche come fondi e topcoat quando non sono richieste elevate prestazioni (es. utensili e attrezzature). Per ciò che concerne lo stoccaggio l’integrità chimica delle emulsioni è, in particolare, fortemente compromessa a temperature di congelamento che possono separare permanentemente i componenti della vernice rendendo insolubile la resina. Le superfici ferrose in mancanza di un fondo valido possono andare incontro a formazione di ruggine. La pulizia con solvente può non essere sufficiente per superfici contaminate da oli e grassi in quanto il solvente potrebbe creare uno strato oleoso che ridurrebbe l’adesione. Una pulizia con detergenti è considerata una migliore soluzione. Anche metodi di abrasione meccanica (es. spazzolatura, sabbiatura) su superfici lucide possono contribuire a migliorare l’adesione. Queste vernici possono essere applicate con la maggior parte dei sistemi di spruzzo, è possibile però che non siano compatibili con sistemi airless e ad atomizzazione mista. Tendono ad avere una elevata viscosità di applicazione, per questo motivo il prodotto non è atomizzato prontamente come invece succede con le vernici a base solvente. Da un punto di vista del prodotto finito ciò si traduce in una bassa qualità della finitura o in una bassa efficienza di trasferimento. Per ottenere una buona parcellizzazione, nei sistemi ad

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aria, sono necessarie maggiori pressioni e ciò, come detto in precedenza, riduce l’efficienza di trasferimento anche del 25%. Diversamente dalle vernici ad alto solido quelle a base acquosa possono essere applicate attraverso immersione e verniciatura ad aspersione. A seconda del clima locale potrà essere opportuno istallare un sistema di condizionamento per stabilizzare temperatura e umidità negli ambienti di applicazione della vernice. Se queste vernici vengono conservate, dopo l’uso, in contenitori chiusi il tempo di impiego è molto lungo. Tra i prodotti a base acquosa il lattice acrilico è caratterizzato da una elevata velocità di essiccamento e temperature di essiccamento basse. L’essiccamento può avvenire all’aria ambiente oppure attraverso getti forzati di aria calda (< 90 °C). Lo strato verniciante matura attraverso una sequenza di fasi precisa: evaporazione del co-solvente, evaporazione dell’acqua, coalescenza delle particelle di resina. Nel caso si tratti di smalto dopo la coalescenza avviene la formazione dei legami incrociati della resina stessa. Sia la temperatura ambientale che l’umidità influenza il tempo necessario all’essiccamento per le variazioni apportate alla velocità di evaporazione dell’acqua. In aree in cui l’umidità è bassa l’essiccamento all’aria è rapido, al contrario umidità elevata o temperature particolarmente basse potranno rendere necessario l’utilizzo di un sistema di essiccamento con aria forzata. Nei lattici acrilici l’essiccamento del film non produce cambiamenti di natura chimica, le caratteristiche del polimero originale quali la durezza, la flessibilità, la resistenza chimica e all’abrasione, etc. vengono mantenute. Il film formato rimane solubile ad ogni solvente in grado di dissolvere il polimero originale. Nella formulazione di queste vernici ad acqua sono presenti alcuni co-solventi organici che hanno il compito principale di dissolvere le resine. Questi solventi organici sono idrosolubili: di solito sono utilizzati alcol, chetoni ed esteri. Vernici alchidiche in dispersione acquosa Gli alchidi sono le più comuni resine utilizzate in combinazione con altre per dare la capacità alle vernici di essiccare all’aria. Sono considerate quasi “le vernici per ogni situazione” grazie alle loro complessive buone qualità e il prezzo moderato. Inoltre, grazie al basso contenuto in COV e la facilità di applicazione, sono una scelta ideale quando non è richiesta una durevolezza chimica e fisica particolarmente elevata del film. Le proprietà degli alchidi possono essere migliorate modificandoli con altre resine, per esempio le resine alchidiche-melamminiche danno una maggiore durevolezza ai prodotti a finire e una ottima resistenza agli agenti meteorologici. Queste vernici godono generalmente di una buona resistenza ai solventi e ad altre sostanze chimiche e possono essere utilizzate per applicazioni in interni ed esterni. Sono ideali per fondi e smalti applicati in immersione e eccellenti come fondi e topcoat in generale per diverse applicazioni. Non sono d’altra parte così durature come i loro equivalenti cotti in forno, le vernici bicomponenti epossidiche e i poliuretani. Sono applicate per immersone, tramite tecnica spray (ad aria compressa, airless, mista, HVLP) e sono compatibili con tutti i tipi di pistole elettrostatiche. Sono estremamente versatili in quanto possono essere diluite con acqua per raggiungere la viscosità desiderata. Queste vernici necessitano di una maggiore regolazione della fase di applicazione in modo da trovare le condizioni ottimali di viscosità. Le vernici costituite da un solo componente hanno una durata illimitata dopo essere state preparate, possono poi essere ritoccate e riparate. Le vernici a base acquosa alchidiche possono necessitare di tempi maggiori per seccare ma la qualità del prodotto finale è similare per lucentezza, distensione, e proprietà di livellamento alle vernici alchidiche a solvente. Possono essere essiccate attraverso l’ausilio di aria forzata ed essere presenti in prodotti a finire da cuocere al forno (es. prodotti a finire alchidici melamminici). Se si escludono le vernici alchiliche melamminiche sono, tra le più economiche vernici a basso tenore di COV. Vernici bicomponenti epossidiche in dispersione acquosa Le vernici epossidiche formano film forti e duri che dimostrano un’eccellente resistenza all’acqua, ai sali e ad altre sostanze chimiche. Quanto a resistenza alla corrosione sono preferite ai fondi alchidici o alchidici modificati. Sono tra le resine in commercio le più resistenti agli alcali, non hanno invece grande resistenza ai raggi UV e sono suscettibili, in seguito ad esposizione, a sfarinamento. Questo ultimo fenomeno riduce la lucentezza del film ma non è in grado di intaccarne le proprietà chimiche e interferire con l’integrità strutturale dello strato. Il film può andare incontro ad ingiallimento; le vernici epossidiche in generale non dovrebbero essere usate dove l’apparenza è la variabile critica. In alcune applicazioni sono in grado di eguagliare, se non di superare, le proprietà chimiche e meccaniche delle vernici epossidiche ed uretaniche a base solvente. Hanno un’ottima resistenza alla corrosione così come

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ai fluidi idraulici, ai fluidi meccanici (es. del freno), agli oli da taglio e lubrificanti e ai solventi. Offrono inoltre un’eccezionale adesione, resistenza all’abrasione e durevolezza. La bassa viscosità permette loro di formare film secchi di spessore minore di 0,025 mm diversamente da quello che succede per vernici ad alto solido o epossidiche a base solvente. Possono essere utilizzate su un’ampia gamma di substrati. Sono eccellenti fondi grazie alla loro resistenza al calore e all’abrasione e all’eccellente adesione che dimostrano su quasi tutti i substrati. Gli epossidi sono considerate le migliori resine per fondi che possono essere usate nelle applicazioni industriali. Questi fondi sono, in più, compatibili con molte tipologie di topcoat, specialmente poliuretani (sia a base acquosa che solvente); sono inoltre compatibili con le vernici epossidiche a base solvente. I topcoat epossidici a base acquosa sono commercialmente disponibili in un’ampia gamma di colori e gradi di lucentezza. Le vernici bicomponenti epossidiche a base acquosa sono utilizzate come fondi per gruppi saldati in acciaio, per l’attrezzatura militare, intelaiature in alluminio e acciaio, pannelli in acciaio rullati a freddo e mobili, componenti per automobili (telai, cabine) ed elettrici e per applicazioni aerospaziali. Altre applicazioni di mercato includono anche fondi per mezzi di trasporto (compresa la riparazione) e per attrezzature, nonché produzione di macchine industriali. Quando applicate a substrati di alluminio o acciaio trattato con zinco-fosfato le formulazioni non cromate risultano ottimali. Non sono invece raccomandate quando la corrosione filiforme non può essere tollerata. Residui di co-reagente possono creare alcune difficoltà quali minore resistenza agli agenti chimici. Le vernici epossidiche bicomponenti sono particolarmente indicate nell’industria navale dove è richiesta un’estrema resistenza alla corrosione e alle avverse condizioni meteorologiche. Diverse e molto utilizzate sono le resine ibride a base di epossidi: sono usate in particolare per i serbatoi di acciaio, per le tubazioni, per le palificazioni, le impermeabilizzazioni e per il ferro duttile. Gli usi delle resine ibride epossi-amminiche includono: acciaio strutturale, interni ed esterni di serbatoi, tubazioni non esposte, macchinari ed equipaggiamenti, muri e pavimenti di cemento, metalli non ferrosi. Gli epossidi di catrame di carbone trovano invece applicazione in: serbatoi di acciaio, vasche, strutture ed equipaggiamenti per l’immersione, palificazioni e in altre condizioni altamente corrosive. Infine le vernici con resine epossi-acriliche sono utilizzate in applicazioni nelle quali si necessita di particolare durezza, flessibilità e resistenza agli agenti chimici. Il tipo di pulizia necessario prima della applicazione dipenderà dal tipo di metallo e di contaminante presente, le più comuni tecniche utilizzate a tale scopo sono la pulizia meccanica, quella con solvente, soluzioni acquose, acide e basiche. Le vernici a base acquosa bicomponenti epossidiche possono essere applicate attraverso diverse tecniche: spray, rullo, pennello, etc. Grazie alla bassa viscosità possono essere applicate con sistemi di atomizzazione ad aria compressa, mista, airless, HVLP e con i diversi sistemi elettrostatici. Sostengono metodi di applicazione a bassa viscosità più a lungo rispetto a vernici ad alto solido, a solvente o multicomponente. La miscelazione dei due componenti principali (resina e agente polimerizzante) può risultare difficoltosa a causa della elevata viscosità. Successivamente alla miscelazione segue il processo di indurimento del film verniciante. Il tempo di impiego è variabile da formulazione a formulazione. Nel caso in cui siano utilizzate elevate quantità di vernice o quando la durata della stessa, una volta preparata, sia molto limitata, può essere vantaggioso usare un sistema spray pluri-componente. In questo tipo di sistema il singolo componente è stoccato separatamente e alimenta la pistola in una linea dedicata. Ogni componente è dosato da un miscelatore nelle esatte proporzioni cosicché è eliminata la necessità di una pre-miscelazione e viene ridotta la produzione i rifiuti. A causa della breve durata della vernice una volta miscelata, sarà essenziale l’utilizzo di un miscelatore automatico. Le vernici epossidiche bicomponenti hanno una sensibilità superiore per le variazioni di temperatura e umidità, per questo possono esserci difficoltà nell’atomizzazione rispetto alla controparte a base solvente. In relazione alla loro formulazione può essere difficoltosa la pulizia dell’equipaggiamento. Queste vernici induriscono ad una temperatura minore di 90 °C. Il processo è veloce anche in ambienti fortemente umidi a patto che sia presente una buona ventilazione. Ad un’azienda che volesse sostituire una vernice a base acquosa di questo tipo a vernici a solvente la temperatura raccomandata di essiccamento sarebbe variabile tra 16 – 27 °C e l’umidità relativa tra 40% e 70%. Tutti gli smalti costituiti da vernici epossidiche monocomponenti necessitano di indurire in forno. A parte alcune formulazioni specifiche resistenti alla corrosione che contengono cromati molti primer e smalti bicomponenti epossidici a base acquosa sono disponibili ad alta e bassa lucentezza e non contengono piombo, cromati o isocianati.

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Dispersioni uretaniche a base acquosa Le vernici poliuretaniche a base acquosa superano spesso la loro controparte a solvente quanto a proprietà di finitura. Le proprietà dei film da esse prodotti sono: spessore elevato, flessibilità, durevolezza e resistenza agli agenti atmosferici nonché resistenza chimica, ai solventi, all’acqua e all’abrasione. Queste vernici induriscono in film caratterizzati da durezza e flessibilità, eccezionale colore e lucentezza. Non avvengono variazioni di natura chimica durante l’essiccamento e l’esposizione, di conseguenza le proprietà originali sono mantenute nel film secco per lunghi periodi. Residui di co-reagente possono creare alcune difficoltà quali minore resistenza agli agenti chimici. Il film può andare incontro ad ingiallimento. Le vernici uretaniche possono essere applicate ad un’ampia gamma di substrati quali metalli, legno, fibre tessili, vetro, plastica rigida, pelle e carta. Alcune vernici poliuretaniche non aderiscono bene sui metalli. Alcuni primers possono essere usati per superfici da trattare di dimensioni piccole o medie mentre per superfici più grandi potrebbe essere opportuno far uso di fosfato di ferro o zinco. Queste vernici possono essere applicate con i sistemi più comunemente usati. Sono necessarie più mani di vernici per formare un ottimo film superficiale; è necessario che sia fatta attenzione affinché ci sia adesione tra i diversi strati, il topcoat infatti non tende a dissolvere gli strati precedenti. L’acqua può essere utilizzata sia per la diluizione che per la pulizia dell’equipaggiamento. I tempi di essiccamento, abbastanza lunghi, dipendono dalla temperatura e dall’umidità relativa.

Vernici alchidiche modificate e acriliche termoindurenti in dispersione acquosa Questo gruppo di vernici è caratterizzato da ottime qualità, simili a quelle delle vernici poliuretaniche. Hanno ottima durevolezza, seccano in poco tempo, sono resistenti alla ruggine e alla formazione di muffe. Diversamente dalle vernici alchidiche indurite a temperatura ambiente o attraverso getti forzati di aria calda, presentano eccellenti caratteristiche chimiche e fisiche quali la resistenza ai solventi, ad altre sostanze chimiche e ai raggi UV, durezza, buona lucentezza e resistenza all’ammaccamento. Sono caratterizzate da ottimo colore e grado di lucentezza che presentano in una ampia gamma; possono essere utilizzate per migliorare la tessitura del film. Per quanto riguarda le vernici alchidiche esse mostrano un’eccellente adesione, una buona ritenzione del colore e della lucentezza, una buona resistenza all’abrasione e agli agenti atmosferici, una buona flessibilità e spessore del film. Residui di co-reagente possono creare alcune difficoltà quali minore resistenza agli agenti chimici, il film può andare incontro ad ingiallimento. Gli smalti alchidici e acrilici a base acquosa induriti in forno raggiungono risultati simili alla loro controparte a base solvente, rispetto ad essi inoltre i primi hanno in più il vantaggio di essere caratterizzati da una temperatura di accensione più alta, i secondi di indurire più velocemente. Gli smalti acrilici inoltre donano un’ottima tessitura anche se non raggiungono un grado di lucentezza molto elevato. Queste vernici sono raccomandate per il trattamento dei soli metalli, non devono comunque essere utilizzate per substrati sensibili al calore. La finitura nell’industria meccanica (acciaio rollato a freddo o a caldo, attrezzatura agricola e da costruzione, etc.) rappresenta la più comune utilizzazione per gli smalti alchidici a base acquosa essiccati a temperatura ambiente. Gli smalti alchidici ad indurimento in forno sono utilizzati per la finitura di metallo incluso OEM industriale, e altre applicazioni relative alle costruzioni, mentre gli smalti acrilici ad indurimento in forno sono applicati a tutti i substrati resistenti alle alte temperature. L’utilizzo su getti porosi non è consigliato a causa dell’emissione di gas a meno che non siano prese speciali precauzioni, non sono inoltre applicabili laddove i pezzi hanno una tolleranza dimensionale molto limitata e sono sensibili alla deformazione. Sono utilizzate nelle linee di produzione di computer, macchine da lavoro, impianti per l’illuminazione, apparecchiature, industria automobilistica, rocchette, etc. Possono essere utilizzate per le applicazioni di manutenzione industriale su acciaio, cemento, fibra di vetro, alluminio, acciaio galvanizzato, per riverniciature, per interni ed esterni. Sono disponibili fondi e topcoat anche se possono in alcuni casi essere applicate senza il fondo. Tra le tecniche di pulizia raccomandate c’è il lavaggio ad alta pressione. Queste vernici possono essere applicate attraverso una delle seguenti tecniche: spray airless, pennelli e rulli. La diluizione con acqua non è richiesta né raccomandata. Diversamente da altre vernici che, una volta miscelate devono essere utilizzate entro un determinato tempo, tale problema non si presenta in questo caso in quanto si ha a che fare con vernici a singolo componente. È possibile fare ritocchi e riparazioni, è comunque consigliabile prima valutare il risultato del lavoro attraverso test. I ritocchi inoltre possono necessitare di una nuova cottura o dell’utilizzo di una vernice ad essiccamento all’aria. L’applicazione degli smalti alchidici da forno normalmente non crea grossi problemi.

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Tali vernici, cotte al forno per l’indurimento, necessitano di temperature tra i 93 – 204 °C per più di 10 minuti. Se il substrato è mantenuto in forno per troppo tempo è possibile che il colore cambi. Vernici alchidiche modificate e acriliche dovrebbero essere indurite in forni a meno di 90 °C, il tempo di essiccamento è in questi casi più lungo.

Vernici bicomponenti silicone-acriliche in dispersione acquosa Queste vernici combinano le qualità degli acrilati e del silicone permettendo di ottenere proprietà del film superiori e limitando i difetti che normalmente si riscontrano nelle vernici a base acquosa, come queste ultime mantengono comunque un eccellente colore e lucentezza. Residui di co-reagente possono creare alcune difficoltà quali minore resistenza agli agenti chimici, inoltre il film può andare incontro ad ingiallimento. Trattandosi di un sistema che utilizza una vernice bicomponente molta attenzione dovrà essere data alla fase di miscelazione poiché una volta miscelati i componenti il tempo di impiego del prodotto è limitato. Possono essere essiccate a temperatura ambiente o attraverso getti d’aria forzata, generalmente necessitano di lunghi tempi di essiccamento. Poiché si tratta di una vernice bicomponente, caratterizzata quindi da un breve periodo di impiego, sarà opportuno individuare la migliore soluzione relativa alla miscelazione e all’applicazione al fine di ridurre la produzione di rifiuti e il consumo di prodotto.

Tecnica: Vernici ad alto solido Le vernici ad alto solido sono prodotti mono o bicomponenti caratterizzati da un contenuto di sostanza organica volatile minore rispetto ai prodotti tradizionali. Le concentrazioni di volatili si attestano nei prodotti pronto uso comunemente intorno al 40% (arrivando anche al 20%) e dipendono comunque dal sistema legante. Questi prodotti si contraddistinguono, pur contenendo un alto residuo secco, per la bassa viscosità che è possibile ridurre ulteriormente in modo significativo con piccoli incrementi di temperatura (per questo sono utilizzati spesso riscaldatori) evitando quindi diluizioni con solventi in fase di utilizzo. Le prestazioni meccaniche e di resistenza dei film prodotti da vernici ad alto solido sono comparabili con quelle dei prodotti convenzionali. I problemi più comuni che è possibile riscontrare con queste vernici sono la bassa adesività e la corrosione del substrato spesso causate dalla presenza di ossido di alluminio, ruggine, sporco residuo o da risciacqui insufficienti. Da un punto di vista economico è da notare che tali prodotti, avendo un residuo secco maggiore, mostrano anche una maggiore resa di verniciatura. Vernici alchidiche Le vernici alchidiche, grazie alla loro complessiva ottima qualità ed economicità, sono utilizzate in un’ampia gamma di applicazioni sia come fondi che come topcoat. Sono disponibili in tutti i gradi di lucentezza, in un ampio spettro di tessitura di rifinitura e in un numero elevato di colori; con esse è inoltre possibile trattare la maggior parte dei substrati. Seccano senza intrappolare bolle d’aria e senza insaccature. Offrono un’eccellente adesività e sono relativamente poco sensibili a condizioni di applicazione non ottimali. Inoltre mostrano buona durevolezza e un buon grado di protezione dalla ruggine. Tra i limiti di questo tipo di vernice ricordiamo che è stata appurata una ridotta resistenza a lungo termine all’esposizione a raggi UV con conseguenti possibili problemi di sfarinamento e scolorimento. È mostrata anche una minima resistenza agli alcali, a solventi e altri agenti chimici e all’immersione in acqua. Una migliore resistenza chimica è presente invece nelle vernici ibride stirene-alchidiche. Altre caratteristiche come durezza, ritenzione di colore, lucentezza e resistenza alla luce solare possono essere migliorate attraverso la modifica con altre resine. Non sono consigliate per l’applicazione diretta su zinco o su superfici ricoperte da film contenente zinco: in questi casi dovrebbe essere prima applicato un fondo non alchidico. Sono comunemente utilizzate per applicazioni su metalli (acciaio strutturale, parti metalliche, macchinari e attrezzature da costruzione e agricole). Le vernici alchidiche ad alto solido sono meno sensibili al grado di pulizia del substrato rispetto alla maggior parte delle altre vernici.

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Possono essere applicate attraverso sistemi convenzionali di atomizzazione ad aria compressa, airless, mista, HVLP, e attraverso spray elettrostatico. Grazie alla loro adattabilità sono utilizzate in linee molto veloci come quelle che fanno uso di campane o dischi elettrostatici. Tendono ad avere una viscosità maggiore rispetto alle vernici poliuretaniche ad alto solido con la stessa concentrazione di COV. Per alcune formulazioni può essere necessario un riscaldamento in modo da abbassare la viscosità. I ritocchi sono facilmente eseguibili. Necessitano di molto tempo (circa 6 – 8 ore) per l’essiccamento completo a temperatura ambiente, il processo è più veloce invece in presenza di getti d’aria forzati o forni a temperatura preferibilmente minore di 90°C. Per velocizzare il processo di essiccamento è possibile far uso di specifici agenti disseccanti. Se ne conoscono di tre principali tipologie: agenti disseccanti catalitici chiamati anche agenti disseccanti superficiali o ossidativi, agenti disseccanti polimerizzanti, agenti disseccanti ausiliari. Altri agenti disseccanti sono costituiti da minerali quali neodimio, zirconio o alluminio che lavorano bene anche a basse temperature e elevata umidità relativa. Vernici estere epossidiche Le vernici estere epossidiche ad alto solido, disponibili sia a base acquosa che solvente, formano un film più duro e sono maggiormente resistenti alle aggressioni chimiche rispetto alle corrispondenti vernici alchiliche; hanno inoltre un’eccellente adesività e resistenza alla corrosione. Sono caratterizzate, d’altra parte, da una minima ritenzione del colore essendo molto più sensibili alla radiazione UV. Alcuni tipi di formulazioni possono dare fenomeni di ingiallimento. Queste vernici sono tipicamente applicate su attrezzatura fuoristrada agricola, trasformatori elettrici e perfino nell’industria nautica come fondo. Poiché queste sostanze vanno incontro ad invecchiamento sarà opportuna un’oculata gestione degli stoccaggi per evitare eventuale degradazione del prodotto. Possono essere applicate con tutti i tipi di equipaggiamenti spray (aria compressa, airless, mista, HVLP, etc.). La stabilità delle formulazioni a base solvente è notevole, così come la viscosità a patto che la temperatura sia mantenuta costante. La pigmentazione è facilmente ottenibile attraverso una normale miscelazione. L’essiccamento può avvenire a temperatura ambiente, i tempi del processo sono ridotti con l’utilizzo di getti d’aria forzata a temperatura minori di 90°C. Le vernici estere epossidiche induriscono per evaporazione seguita da auto-ossidazione. Alcune formulazioni necessitano di agenti disseccanti metallici per terminare completamente il processo. La concentrazione di COV è limitata e può arrivare a livelli molto bassi nel caso di vernici ad alto solido a base acquosa. Vernici uretaniche monocomponenti Come le vernici bicomponenti poliuretaniche, con le quali condividono gli stessi pregi, formano un film di buono spessore e flessibilità, godono di un’eccellente durevolezza e resistenza agli agenti meteorologici nonché allo scolorimento, ai solventi e ad altre sostanze chimiche, all’acqua e all’abrasione. Per queste caratteristiche di resistenza e flessibilità e per la lucentezza che caratterizza il film prodotto sono tra le vernici più utilizzate. Sono inoltre disponibili in una ampia gamma di tessiture. Grazie alle capacità bagnanti, di penetrazione e adesione (per la quale sono spesso utilizzate come fondo) possono essere applicate ad una grande varietà di substrati quali acciaio, alluminio, plastiche e compositi. In molti casi sono utilizzate sopra fondi epossidici e sono spesso scelte per substrati sensibili al calore quando sono richieste vernici a basso contenuto di COV. Sono utilizzate per verniciare automobili, bus, camion e aerei grazie alla eccellente durevolezza e resistenza agli agenti meteorologici. Sono inoltre tra le vernici più utilizzate in campo militare. Poiché l’indurimento di questa vernice avviene a contattto con l’umidità sarà opportuno limitare quanto possibile ogni contatto con l’acqua, in forma liquida o aeriforme, pena l’inutilizzazione della vernice e la produzione di rifiuti pericolosi. Una volta aperti i contenitori della vernice, è consigliabile chiuderli quanto prima in modo da ridurre l’esposizione all’umidità. Un elevato grado di pulizia da oli e grassi del substrato e dell’equipaggiamento è essenziale perché si abbia una buona adesione al substrato e una soddisfacente qualità del film. Un substrato eccessivamente umido può provocare la formazione di bolle, una limitata adesività e la separazione dei diversi film. Possono essere applicate attraverso pennelli, rulli, raschiatoi o spray. Come molte altre vernici ad alto solido può essere difficoltoso creare un film di spessore uniforme su pezzi dalla geometria complessa. È necessario evitare qualunque contaminazione di acqua nelle resine e nei solventi. Il flessibile che porta alla pistola spray e lo spazio vuoto presente nei contenitori della vernice devono contenere aria secca per prevenire una

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polimerizzazione prematura, a questo scopo può essere utilizzata un’atmosfera composta di azoto. Poiché queste vernici sono monocomponenti non danno problemi di stabilità e sono possibili ritocchi. Il processo di polimerizzazione dipende dalla formulazione specifica, dalla presenza di catalizzatori e dalla funzionalità del poliuretano. Le vernici uretaniche ad alto solido contengono un quantitativo di COV limitato (minore del 42%). Contenendo poliisocianati gli operatori dovrebbero proteggersi dal contatto e dall’inspirazione dei fumi. Tali sostanze, respirate per lunghi periodi, possono creare problemi alle vie respiratorie, soprattutto a quella parte della popolazione ad essi particolarmente sensibile. Ultimamente sono state individuate alcune formulazioni che non contengono isocianati e che sono quindi considerevolmente meno pericolose, per quanto riguarda le prestazioni sono poi pressoché identiche alle formulazioni che ne contengono.

Vernici bicomponenti epossidiche Le vernici bicomponenti epossidiche formano film di buon spessore e durezza caratterizzati da una superiore resistenza all’acqua, al sale e ad altri agenti chimici. Sono tra le resine più resistenti agli alcali. Sono inoltre disponibili in un’ampia gamma di colori e livelli di lucentezza, per contro non hanno una buona resistenza ai raggi UV e per questo sono suscettibili a sfarinamento, ciò non influenza comunque le proprietà fisiche del film. In generale non sono molto usate laddove l’apparenza generale è una variabile critica. Esistono comunque alcuni additivi (es. composti acetilenici) in grado di ridurre la formazione di crateri, buccia d’arancia e altri difetti migliorando così l’aspetto estetico del film senza per questo influenzare negativamente altre caratteristiche. Possono essere utilizzate su una larga gamma di substrati (metalli, legno, carta, vetro, plastiche, ceramiche, compositi, murature) grazie alla loro ottima adesività alla maggior parte dei substrati e alla resistenza a calore e abrasione; per questi motivi sono ottimi fondi e tra i migliori per le applicazioni industriali. Sono utilizzati nell’industria nautica grazie all’estrema resistenza alla corrosione e alla possibilità di essere applicate con qualunque condizione meteorologica, nonché in altri campi particolari quali costruzioni di ponti, serbatoi e tubazioni per il contenimento di acqua, gas, idrocarburi e attrezzatura per le perforazioni. Mostrano ottime performance nel trattamento di acciaio placcato (zincato o cromato) e non. Sono utilizzate anche come adesivi e sigillanti nell’industria elettronica e dell’attrezzatura sportiva dove mostrano un’eccellente forza adesiva, resistenza all’umidità e ai solventi e un minimo grado di contrazione. In ambienti esterni si è notato, per le colorazioni nere o molto scure, una maggiore predisposizione alla formazione di crepe causato dalle forti escursioni termiche. Le vernici epossidiche-acriliche sono utilizzate laddove necessitano film duri, flessibili e con una grande resistenza agli agenti chimici. Dotate di poca flessibilità ma di un’eccellente resistenza agli agenti chimici le vernici amminiche-epossidiche polifunzionali sono utilizzate laddove questa qualità rappresenta la variabile principale. Di una minore resistenza all’attacco chimico ma di una maggiore durezza e flessibilità del film sono caratterizzate invece le vernici epossidiche poliammidiche. Infine le vernici epossidiche miscelate con polveri ceramiche sono caratterizzate da adesività, flessibilità, resistenza all’abrasione e alla corrosione fuori dal comune e senz’altro superiori a quelle che si possono trovare in altre vernici epossidiche, poliuretaniche e in vernici a base acquosa; hanno una eccellente resistenza agli acidi, alle basi forti, ai distillati del petrolio e ai solventi, e sono ottimi isolanti elettrici. Vengono utilizzate spesso come topcoat senza bisogno di fondo. La pulizia del substrato e dell’equipaggiamento è importante affinché si abbia una buona adesività e qualità del film ottimali. Il tipo di pulizia richiesto dipenderà dal tipo di metallo da trattare e dalla natura del contaminante, i più comuni tipi di pulizia utilizzati sono quelli meccanici e i lavaggi con soluzioni acquose (acide, alcaline, etc.) e semiacquose. Le vernici bicomponenti epossidiche sono formate da due principali componenti: una resina epossidica e un’agente polimerizzante come poliammine, poliammidi o polisulfuri. Il tempo di impiego della vernice in seguito a miscelazione varia da formulazione a formulazione e può dipendere anche da fattori ambientali (es. è minore se le temperature sono alte). Generalmente questo intervallo di tempo è minore per le vernici che contengono poliammine rispetto a poliammidi. Possono essere applicate attraverso i metodi standard: spray, rullo, pennello, etc. La viscosità della vernice può essere aggiustata con piccoli quantitativi di isopropanolo o metiletil-chetone, esteri e chetoni possono essere imballati insieme alle resine epossidiche per migliorarne la stabilità nello stoccaggio. Una miscelazione scorretta, l’applicazione di vernice ritardata o effettuata su overspray secco possono provocare la formazione di crepe. Risulta difficoltoso rimuovere il film una volta polimerizzato.

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Se l’essiccamento è effettuato a temperatura ambiente il processo può necessitare di 3 – 5 ore, esistono però alcune formulazioni in grado di polimerizzare completamente in 20 minuti. Nel caso in cui siano utilizzati getti d’aria forzati, ad una temperatura di 65°C il processo dura intorno ai 30 minuti. Questi tempi possono variare significativamente, indicazioni più precise saranno riportate sulla scheda del prodotto specifico. Non dovrebbero essere applicate a temperature minori di 10-16 °C, in questi casi potrà essere opportuno riscaldare l’ambiente artificialmente o modificare la formulazione. Gli agenti polimerizzanti possono andare incontro a reazioni collaterali con alcuni tipi di solventi e plastificanti, ciò impedisce loro di reagire con la resina epossidica, la selezione dei solventi deve essere quindi accurata. I contenuti di COV in queste vernici ad alto solido sono limitati (dal 16 – 42%). In alcune formulazioni anti-corrosione sono presenti cromati. Le vernici epossidiche amminiche polifunzionali, diversamente dalle poliammidiche, possono causare gravi dermatiti a contatto con la pelle per questo sono necessarie severe precauzioni. In particolare le ammine che non hanno reagito, oltre a dermatiti sulla pelle, possono causare infiammazioni alle vie respiratorie se inalate. Vernici bicomponenti uretaniche Le vernici poliuretaniche offrono un’eccellente durevolezza e resistenza agli agenti atmosferici, ai solventi, all’acqua, ad altre sostanze chimiche e all’abrasione. In particolare sono tra le migliori vernici per quanto riguarda la resistenza chimica e ai solventi. Formano inoltre un film di buono spessore, durezza e flessibilità e sono disponibili in un’ampia varietà di colori, tessitura e gradi di lucentezza. Solitamente necessitano di un fondo (in particolare sono sovente utilizzati quelli epossidici) che ne migliori l’adesività. Resistono allo sfarinamento e proteggono dai raggi UV e dagli agenti atmosferici. Possono essere applicate ad una grande varietà di substrati, tra cui quelli sensibili al calore. Non solo quindi acciaio e alluminio ma anche plastiche, legno, compositi e altri materiali. Grazie alle caratteristiche di durevolezza e resistenza sono molto utilizzate nell’industria dei trasporti per il trattamento di parti di automobili, camion, bus, aerei. Topcoat poliuretanici sono spesso utilizzati su fondi inorganici a base di zinco e su strati intermedi epossidici per formare film resistenti all’abrasione e agli impatti, ai solventi e al calore fungendo inoltre come vernici anti-graffiti. Non sono invece consigliate per oggetti immersi o a prolungato o frequente contatto con l’acqua. È importante mantenere il substrato libero da gocce di acqua pena la formazione di imperfezioni. Grazie alla relativamente bassa viscosità possono essere applicate attraverso sistemi spray ad atomizzazione airless, ad aria compressa, mista, HVLP o elettrostatica con una difficoltà solo di poco maggiore rispetto ad altre vernici liquide; non sono invece appropriate le tecniche ad immersione o ad aspersione. Come succede per molte vernici ad alto solido può essere difficile formare un film di spessore uniforme su parti dalla geometria complessa. Con questo tipo di vernici sono possibili ritocchi. I tempi necessari possono dipendere da molti fattori: la temperatura, la velocità di evaporazione del solvente, lo spessore del film umido, la natura dei pigmenti, il grado di miscelazione dei due componenti. L’umidità presente nel luogo di applicazione o presente nella formulazione può causare alcuni problemi come bolle, piccoli alveoli, formazione di un velo opaco e riduzione della lucentezza. Sarà quindi opportuno mantenere i livelli di contaminazione di acqua nella vernice a livelli più bassi possibili (di solito 1 – 2%). Esistono comunque additivi in grado di ridurre o eliminare il problema. Queste vernici sono composte da un polimero e da un agente polimerizzante (poliisocianato). Dopo la miscelazione, che avviene in un rapporto ben preciso, inizia il processo di polimerizzazione. La vernice deve essere applicata a questo punto entro 4 ore pena l’inutilizzabilità della vernice stessa, il tempo di impiego della vernice in seguito a miscelazione varia da formulazione a formulazione. Il processo di polimerizzazione può avvenire in un ampio intervallo di temperature da quella ambiente alle alte temperature raggiunte nei forni. Comunemente avviene però grazie all’azione di getti di aria forzata o in forni a temperature tra 66-88°C per 15 – 60 minuti. Il processo di polimerizzazione continua anche per due settimane dopo l’applicazione. Diversamente dalle vernici epossidiche e dai lattici possono essere usate a temperature inferiori allo zero. La concentrazione di COV presente in queste vernici è alquanto bassa attestandosi comunemente intorno al 35%; esistono inoltre formulazioni in cui la presenza di solventi si attesta al 25%. Come per altre vernici ad alto solido anche in questo caso sono utilizzati chetoni, esteri o alcol per ridurre la viscosità, ciò però aumenta notevolmente la diffusione di odori. Gli isocianati che non hanno reagito possono creare problemi respiratori se inalati per lunghi periodi. Sono necessarie quindi precauzioni atte ad evitare contatto e l’inalazione di tali sostanze soprattutto in considerazione del fatto che una piccola parte della popolazione ne è sensibile. Sono state comunque introdotte formulazioni in cui l’isocianato è assente, le prestazioni rimangono pressoché identiche.

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Vernici alchidiche (ad essiccamento in forno) Diversamente dalle vernici alchidiche polimerizzate a temperatura ambiente o con getti d’aria forzata queste vernici sono caratterizzate da eccellenti proprietà chimico – fisiche tra le quali ricordiamo un’eccellente resistenza a solventi e altre sostanze chimiche, una buona resistenza ai raggi UV, durezza, buona lucentezza e resistenza all’ammaccamento. Sono presenti in una larga gamma di colori e gradi di lucentezza. In generale godono delle stesse proprietà delle vernici alchidiche a base acquosa a essiccamento in forno. Gli smalti poliesteri ad alto solido offrono un’eccellente durezza, una buona resistenza agli attacchi chimici e, applicati in un unico strato, un buon grado di copertura. Gli smalti a base di urea-formaldeide sono caratterizzati da una buona ritenzione del colore, un eccellente colore iniziale e resistenza al calore, all’acqua, al sapone e agli acidi grassi. Rispetto a questi ultimi gli smalti a base di melammina-formaldeide sono più duri, hanno una più elevata resistenza agli agenti chimici e induriscono più velocemente. Poiché questo tipo di vernici necessita di cottura in forno i materiali trattati non devono essere sensibili alle alte temperature. Le vernici alchiliche ad essiccamento in forno sono comunemente utilizzate per scaffalature e rastrelliere in acciaio, attrezzatura e mobilio d’ufficio metallico e grandi apparecchiature. Un pregio degli smalti alchidici è che sono relativamente poco sensibili a condizioni di applicazione non ottimali; a causa dell’elevata viscosità alcune formulazioni necessitano però di riscaldamento prima di essere applicate, in altri casi può essere necessario utilizzare uno speciale equipaggiamento spray; l’applicazione con atomizzazione HVLP dovrebbe essere valutata prima di venir implementata. Possono essere utilizzate in linee ad alta velocità, gli smalti poliesteri ad alto solido sono applicati per esempio anche attraverso campane o dischi elettrostatici. Infine alcune formulazioni possono imbrattare muri, pavimenti e la cabina di verniciatura formando a temperatura ambiente un film viscoso. In questo tipo di vernici la polimerizzazione è innescata dalla temperatura. Tipicamente il trattamento avviene a temperature di 110 – 176 °C per 45 – 50 minuti. A causa delle elevate temperature richieste il consumo energetico è significativo. Vernici poliuretaniche bicomponenti Le vernici poliuretaniche bicomponenti hanno proprietà fisiche fuori dell’ordinario. Sono disponibili in un’ampia gamma di livelli di lucentezza, resistenti alla maggior parte degli oli lubrificanti, da taglio e fluidi idraulici. Il film che si ottiene dalla loro applicazione è caratterizzato da una buona durezza e adesività, è resistente agli ammaccamenti, agli agenti chimici e alla formazione di macchie. Queste vernici possono essere utilizzate per un’ampia gamma di substrati: superfici metalliche e plastiche (possono essere quindi applicate a manufatti metallici con particolari in altri materiali). Sono applicate ad attrezzatura agricola ed altri macchinari. Solventi ossigenati come esteri e chetoni sono utilizzati per lo sviluppo di vernici ad alto solido poliuretaniche bicomponenti per ridurne la viscosità. Per l’applicazione possono essere usati i più comuni sistemi di applicazione. La polimerizzazione avviene sia a temperatura ambiente che con l’ausilio di getti forzati d’aria. Come altre vernici ad alto solido sono caratterizzate da minori concentrazioni di COV. Sono caratterizzate da una bassissima produzione di odori diversamente dalle vernici che fanno uso dei solventi aromatici come lo xilene. In alcune vernici poliuretaniche bicomponenti può essere presente isocianato, sarà opportuno evitare o comunque minimizzare l’utilizzo di tali vernici. Vernici siliconiche Le resine siliconiche hanno una eccellente resistenza agli agenti atmosferici, sono caratterizzate da una buona ritenzione del colore e della lucentezza e sono meno inclini a sfarinamento rispetto ad altre vernici. Godono inoltre di ottime qualità isolanti (elettricità) ma sono caratterizzate da una bassa durezza e resistenza all’abrasione. Le migliori caratteristiche si ritrovano nelle resine siliconiche in cui sono presenti gruppi metilici e fenolici. La formulazione può essere modificata per migliorare diverse caratteristiche, per esempio una elevata proporzione di gruppi metilici dona alla vernice: repellenza all’acqua, resistenza chimica, agli shock termici, al calore e all’ossidazione, velocità di polimerizzazione, proprietà a basse temperature e flessibilità. I gruppi fenolici allungano la durata a magazzino e migliorano la resistenza a calore e ossidazione, rendono la vernice inoltre meno termoplastica.

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I siliconi sono tipicamente applicati ai metalli. I co-polimeri organici siliconici sono utilizzati laddove è richiesta un’eccellente resistenza chimica e agli agenti atmosferici, come serbatoi per lo stoccaggio, vagoni merci, ponti e carri cisterna. Il livello di pulizia delle superfici deve essere molto elevato per garantire una buona adesività dato che le vernici siliconiche sono più sensibili ad un insufficiente preparazione del substrato rispetto ad altre vernici. Le vernici siliconiche resistenti al calore intenso per polimerizzare necessitano di temperature intorno ai 260°C, a temperatura ambiente invece o alle tipiche temperature dei forni possono essere induriti i copolimeri siliconici organici (siliconici-alchidici, siliconici-acrilici, siliconici-fenolici, siliconici-melamminici). Per quanto riguarda le vernici resistenti alle alte temperature è da sottolineare il fatto che, se non completamente polimerizzate, il substrato può andare incontro a corrosione. Nel caso delle vernici resistenti al calore il consumo energetico necessario per la loro polimerizzazione può essere elevato. Tecnica: Vernici in polvere

Le vernici in polvere sono prodotti organici sottoforma di polvere; diversamente dalle vernici liquide nella singola particella è compresa l’intera formulazione che comprende resine, pigmenti e altri additivi mentre non sono presenti solventi. Esistono altresì vernici in polvere che, impastate con acqua, formano una vernice liquida che può essere spruzzata. Questo è il sistema più economico e facile per la sostituzione di sistemi a base acquosa che inoltre mantiene tutti i vantaggi ambientali delle vernici a polvere secche. Le vernici in polvere, diversamente da quelle liquide, vengono normalmente applicate in un solo strato che provvede ad una migliore protezione dei bordi e gode di proprietà fisiche superiori quali prima di tutte un’estrema durezza e resistenza. In relazione al tipo di resina costituente, la vernice può avere caratteristiche di resistenza chimica ai solventi, alla luce del sole e tutte le altre proprietà chimiche tipiche delle vernici a cui sono richieste alte performance. Sono inoltre resistenti al calore, alla scoloritura e alle scalfitture. Sono disponibili in un discreto range di colori, luminosità e tessiture nonché di livelli di lucentezza. Le nuove formulazioni permettono effetti altamente decorativi tra cui la translucentezza, venature, effetto raggrinzante, colori multipli, ed effetto camaleonte. Generalmente è difficoltoso applicare film molto sottili se non con speciali formulazioni. I difetti che si incontrano più frequentemente con le vernici in polvere sono la formazione di alveoli, crateri, granuli e protuberanze. Generalmente tali difetti sono causati da un pretrattamento insufficiente del substrato, incompatibilità della polvere, emissioni volatili dal substrato, polvere in cattivo stato, contaminanti della superficie o presenti nell’aria. I difetti di annebbiamento nelle vernici non colorate possono essere causate da un trattamento termico insufficiente o eccessivo, contaminazione della vernice, instabilità della formulazione nei confronti dei raggi UV, non corretta aspirazione dei fumi di scarico dal forno, formulazione impropria. È invece molto raro imbattersi in difetti quali colate, insaccature e gocciolamenti. La contaminazione dell’aria, con le vernici in polvere, è un problema facilmente risolvibile, è infatti possibile, poiché non vi sono solventi, ricircolare e filtrare l’aria nella cabina di applicazione. È importante che la polvere non sia contaminata da altri colori che, una volta seccati sulla superficie, rimarrebbero visibili. Lo strato di vernice in polvere aderisce bene al substrato non dando problemi di sfaldamento, scheggiatura, o spellatura come succede per le vernici liquide. Grazie a queste proprietà le parti, dopo essere state verniciate con questi prodotti possono essere lavorate a macchina. Quasi tutte le resine utilizzate per le vernici liquide possono essere utilizzate anche per quelle in polvere; in genere, comunque, le resine più utilizzate sono quelle epossidiche, acriliche, poliestere e poliuretaniche. Tali resine si suddividono in termoplastiche (fluidificano quando è applicato calore) e termoindurenti (polimerizzano quando è applicato sufficiente calore). Generalmente le vernici termoindurenti sono utilizzate per fini decorativi. Le resine più comuni delle polveri termoplastiche sono:

• polietilene; • polipropilene; • nylon; • polivinilcloruro; • polivinilidenfloruro; • poliammidi; • poliesteri termoplastici.

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Questi polimeri sono caratterizzati da un elevato peso molecolare, da notevole spessore, flessibilità e resistenza chimica. Difficilmente le polveri termoplastiche sono macinate in particelle fini e mostrano un’elevata viscosità quando scaldate. Sono utilizzate quando necessitano film spessi e dalle eccezionali performance di resistenza. Le polveri termoindurenti sono invece costituite perlopiù da:

• resine epossidiche; • resine poliestere; • resine acriliche presenti come epossi-poliestere, poliestere TGIC, acrilico-uretaniche, poliestere-

uretaniche ed epossidiche. Poiché necessitano di calore per formare il film, le vernici in polvere in generale non sono adatte per il trattamento di substrati sensibili alle alte temperature. Sono utilizzate perlopiù per il trattamento di metalli, oltre al mercato dell’automobile; sono diffuse anche nel settore della produzione di attrezzature industriali. Ultimamente le formulazioni che polimerizzano a bassa temperatura sono state migliorate e ciò consente una loro diffusione di impiego anche per la verniciatura di substrati sensibili (come possono essere oggetti metallici compositi formati anche da parti in materiale plastico). Sono ideali per parti metalliche dalla geometria semplice in cui ogni superficie sia concretamente raggiungibile. Nell’industria delle costruzioni sono utilizzate per le parti estruse in alluminio dell’equipaggiamento interno ed esterno dei condizionatori, per porte e finestre in alluminio, per lo schermaggio di finestre, etc. Le vernici in polvere, in virtù della loro resistenza alle alte temperature, sono inoltre particolarmente indicate per il trattamento di riscaldatori, sistemi di scarico e grill di forni. Questo tipo di vernice non è consigliabile nei seguenti casi: laddove sono richiesti spessori del film molto sottili; per brevi cicli di trattamento che necessitano più colori; per tutti i metalli che per lunga esposizione ad alte temperature perdono importanti caratteristiche metallurgiche; per materiali porosi nei quali il degassamento può rovinare la finitura; per parti di dimensioni elevate per le quali diventa non conveniente un trattamento in forno (servirebbero apparecchiature troppo costose ed energivore). Per ciò che concerne il pretrattamento dei pezzi le vernici in polvere sono comunemente altamente coesive e idrofobiche. L’adesività del film verniciante dipende comunque dal grado di pulizia del substrato (in particolare esse non aderiscono bene su vernici vecchie, fondi e ruggine). Oltre che pulito, il substrato dovrà inoltre essere assolutamente secco in modo da garantire il miglior risultato. Sono pertanto necessari opportuni step di pretrattamento finalizzati ad aumentare l’adesività delle vernici e la resistenza alla corrosione del pezzo verniciato. Il pretrattamento è di norma simile a quello tipico per le vernici liquide, anche se grazie al maggiore spessore del film della vernice in polvere, può essere meno intenso. Tra i diversi tipi di pretrattamento possibili ricordiamo lo stripping chimico e/o l’utilizzo di mezzi abrasivi (la sabbia non è consigliata in quanto lascia la superficie ruvida). Altri metodi possono essere l’immersione e i sistemi spray multipli. La pulizia spray o con il vapore è spesso utilizzata per pezzi di elevate dimensioni. La pulizia con vapore è inoltre tra le soluzioni più economiche di pretrattamento utilizzati per queste vernici. Prima dell’applicazione è necessario raffreddare il pezzo se il pretrattamento ne ha causato il riscaldamento; la temperatura ideale è tra i 52-54°C. Il degassamento da parti calde può infatti generare la formazione di alveoli che, a loro volta, possono contribuire ad una maggiore sensibilità del substrato alla formazione di ruggine, inoltre ad alte temperature si può avere la fusione o la sinterizzazione della polvere con conseguenti cambiamenti di natura estetica e di performance. In generale le vernici in polvere richiedono meno abilità nell’applicazione rispetto alle vernici liquide, possono essere applicate con letti fluidizzati, semplici o elettrostatici, spray a fiamma, vellutazione, stampaggio, e spray elettrostatico (sia con pistola a corona che triboelettrica). Nei sistemi a letto fluido i pezzi sono scaldati a temperature anche maggiori di 260°C e vengono poi immersi in una sorta di vasca dove la vernice fonde a contatto con la superficie con un’efficienza di trasferimento intorno al 100%. Con le vernici in polvere eventuali problemi di messa a terra non corretta che possono riguardare le applicazioni elettrostatiche possono produrre difetti quali: minima efficienza di trasferimento; formazione di archi elettrici tra la pistola e il pezzo o l’uncino che lo trattiene; prematura repulsione della polvere dal pezzo e formazione di aree “nude” difficili da verniciare. Tale problema è solitamente causato dalla contaminazione degli uncini che trattengono il pezzo e può essere quindi facilmente evitata attraverso pulizia e/o sostituzione degli stessi. In fase di applicazione le vernici in polvere non necessitano di né aggiustamenti della viscosità attraverso diluizione né di agitazione e miscelazione e, una volta estratte dalla confezione, sono utilizzabili direttamente.

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La polimerizzazione delle vernici in polvere può essere effettuata in forni a infrarosso, a raggi UV e a convenzione (spesso sono utilizzate in serie più tipologie di forno). Il pezzo ricoperto di polvere di vernice è riscaldato comunemente ad una temperatura di 120-260°C per un tempo variabile da 30 secondi a 5 minuti. Maggiore è la temperatura, minore sarà il tempo di trattamento necessario; una volta raffreddati i pezzi sono pronti per le manipolazioni successive. I maggiori problemi legati alla polimerizzazione sono legati ad una scorretta regolazione della temperatura del forno e un diverso spessore del metallo. Insieme allo spessore del film il grado di polimerizzazione è il parametro più importante per le vernici in polvere, dato che da esso dipende la resistenza del pezzo agli attacchi esterni. Alcune vernici in polvere polimerizzate da raggi UV sono sottoposte a riscaldamenti moderati (fino a 110°C) e possono essere pertanto utilizzate per la verniciatura di supporti sensibili (quali oggetti metallici con componenti eterogenei in alluminio e plastica). Sebbene la polimerizzazione sia innescata dai raggi UV la polvere necessita di calore per fondere, tipicamente quindi si applica prima l’infrarosso che permette di raggiungere la temperatura ottimale, poi i raggi UV che innescano la reazione. In generale i vantaggi della polimerizzazione a bassa temperatura sono diversi quali: maggiore versatilità di impiego su una più larga varietà di substrati, riduzione del consumo di energia, minori necessità di equipaggiamento, accresciute capacità di produzione. Per ciò che concerne l’impatto ambientale questi prodotti possono essere considerati in assoluto i meno inquinanti: non solo, infatti, sono caratterizzate da concentrazioni di COV pressoché nulle (0,5 – 5% in massa) ma anche l’overspray è del tutto riutilizzabile e ciò porta l’efficienza di utilizzazione di queste vernici a valori prossimi al 100% e riduce nel contempo la produzione di rifiuti. L’emissioni non controllate di COV sono ridotte del 98% rispetto ai sistemi che utilizzano vernici liquide (il piccolo rilascio di COV è imputabile alla volatilizzazione di alcuni componenti della vernice in fase di polimerizzazione ad alta temperatura). È da notare che all’utilizzo di vernici in polvere è collegato, in alcuni casi, l’emissione di sostanze nocive tra le quali ricordiamo l’anidride trimellitica sensibilizzante, irritante e con effetti specifici sulla salute (immunotossicità), e il trigligidilisocianato (TGIC) sospetto di mutagenicità. Per questo motivo è importante dotare comunque il sistema sia nel luogo di applicazione che di polimerizzazione di un efficiente sistema di aspirazione. Per quanto riguarda quest’ultimo aspetto sarà opportuno evitare di immettere all’interno l’aria aspirata dalla zona di applicazione anche se filtrata. Il consumo energetico può essere invece rilevante in quanto le vernici in polvere devono essere riscaldate in forno; a tutt’oggi comunque è resa possibile (in alcuni casi) la polimerizzazione a bassa temperatura (80 – 110°C) che permette di risparmiare energia. Il calore prodotto in fase di polimerizzazione può essere eventualmente riutilizzato per il riscaldamento dei luoghi di lavoro. La mancanza di solventi riduce in modo pressoché totale il rischio di incendi; le polveri sospese in aria sono però esplosive ed è per questo necessario prendere tutte le dovute precauzioni in particolare in presenza di pistole automatiche. La maggiore causa di innesco sono infatti gli archi elettrici causati da un messa a terra che non funziona correttamente. In relazione agli aspetti che riguardano la salute degli addetti si sottolinea che, a causa della presenza di alcune sostanze irritanti o nocive, nel caso in cui avvenga il contatto tra le polveri e la pelle dell’operatore sarà opportuno lavare la zona interessata prontamente. Le vernici in polvere tendono ad essere più costose di quelle a base acquosa almeno per quanto riguarda i costi di investimento iniziali per la tecnologia. Vernici acriliche

Le vernici in polvere acriliche godono di un’eccellente resistenza agli agenti chimici, alla corrosione, ai detergenti e allo scolorimento. I film prodotti sono molto duri, resistenti alle scalfitture e posseggono un alto grado di levigatezza, lucentezza e brillantezza; offrono inoltre le migliori performance di durevolezza all’aperto e posseggono una ritenzione di colore e lucentezza molto buona. Sono incompatibili con ogni altro tipo di vernice in polvere, ciò significa che nessun altra vernice può essere applicata a contatto con essa. Come eccezione ricordiamo che vernici acriliche a bassa lucentezza possono essere compatibili con alcune vernici poliestere. Rispetto alle vernici poliestere in polvere quelle acriliche mostrano una minor resistenza agli impatti e minore adesività a superfici non trattate, mostrano invece una buona resistenza agli alcali. Tipiche applicazioni includono la verniciatura dei componenti metallici per la stanza da bagno (vasca, rubinetteria, scaldabagno, etc.), gli apparecchi per l’illuminazione esterna, i cerchioni in alluminio, fondi e finiture per gli autoveicoli, estrusioni in alluminio per gli edifici, attrezzature e macchinari vari, letti in bronzo, mobilio da ufficio, etc.

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Lo spray di polveri acriliche mostra ottime proprietà elettrostatiche e permette di formare film sottili. A causa della capacità di caricarsi queste polveri possono bloccare la pistola durante l’applicazione. La cottura in forno si attua ad una temperatura che varia da 204°C a 135°C rispettivamente per 10 e 30 minuti. Dall’analisi della componente volatile emessa durante la polimerizzazione è emerso che le concentrazioni di COV (costituiti da monomeri e solventi) per le vernici acriliche si attesta intorno al 3,5% a differenza di altri tipi di polveri (vernici poliestere) per le quali il rilascio si attesta, grazie alla maggiore stabilità termica delle resine presenti in queste ultime vernici, sotto l’1%.

Vernici epossidiche in polvere

Sono le vernici in polvere più utilizzate e sono presenti in un’ampia gamma di formulazioni. Offrono la migliore resistenza chimica, alla corrosione e alla scheggiatura e possono essere formulate per una elevata resistenza al calore (possono resistere a continua esposizione a 150°C). Come le vernici epossidiche liquide sono piuttosto sensibili alla radiazione UV che provoca sfarinamento, ma non hanno una buona ritenzione del colore e della lucentezza. In diversi casi il loro uso non necessita che venga steso un fondo. I film degli ibridi acrilici-epossidici sono più duri e hanno una resistenza chimica e allo scolorimento superiore e una maggiore durevolezza in ambiente esterno rispetto agli ibridi epossidici-poliesteri. Generalmente vengono applicate a metalli e sono utilizzate sia per applicazioni di tipo funzionale (equipaggiamento elettrico, tubazioni per gas e idrocarburi, parti di autoveicoli sottoscocca, filtri dell’olio, travi, etc.) che decorativo. I fondi epossidici mostrano una buona adesività a superfici di acciaio inossidabile propriamente pretrattato (su cui il fondo viene applicato per prevenire la formazione di ruggine). La vita a magazzino per queste vernici è approssimativamente di 3 mesi a 30°C. A seconda delle specifiche necessità queste vernici possono essere applicate per formare film spessi o fini. Il trattamento in forno generalmente varia dai 3 minuti a 232°C a 25 minuti a 121°C. Ultimamente sono state sviluppate formulazioni in grado di polimerizzare a temperature intorno ai 110°C in 15-25 minuti in forni convenzionali. L’utilizzo di forni a raggi infrarossi riduce il tempo necessario alla polimerizzazione di 5-8 minuti. Vernici ibride epossidiche-poliestere in polvere

Questi ibridi epossi-poliesteri sono utilizzati prevalentemente per scopi decorativi. Rispetto alle vernici puramente epossidiche hanno una maggiore resistenza agli agenti atmosferici e allo sfarinamento ma sono meno dure e meno resistenti a solventi e alcali, per quanto riguarda la resistenza all’impatto, alla corrosione e alla piegatura le performance sono invece simili. Hanno una resistenza ai raggi UV simile a quella delle vernici poliestere. Oltre alla buona resistenza chimica godono di ottime proprietà meccaniche e di un’elevata ritenzione del colore e della lucentezza; la durevolezza è maggiore rispetto alle vernici puramente epossidiche. Nuove formulazioni offrono una maggiore durevolezza all’aperto diversamente da quanto succedeva in passato, questa nuova generazione offre inoltre altre interessanti caratteristiche quali:

• eccellente riproducibilità della lucentezza; • eccellente resistenza alla brunitura; • eccellente resistenza all’aperto e mantenimento delle proprietà meccaniche; • minore temperatura di polimerizzazione; • compatibilità con le altre vernici in polvere; • significativa riduzione della velocità di cambiamento del colore.

Sono utilizzate sui metalli ai quali legano bene (possono non necessitare di un fondo) e sono consigliati anche per le superfici più nascoste e gli angoli acuminati. Per quanto riguarda le specifiche applicazioni, quelle relative alle polveri ibride epossidiche-poliestere sono molto simili a quelle tipiche delle vernici epossidiche soprattutto se sono richieste stabilità al calore e resistenza agli agenti atmosferici: tra questi ricordiamo attrezzature agricole, scaldabagno, filtri dell’olio, estintori, attrezzature ospedaliere, casellari, corsoi di cassetti, scaffalature, etc. Sono caratterizzate da eccellenti caratteristiche di tipo elettrostatico che ben si adattano agli omonimi sistemi di applicazione, grazie a tali proprietà non solo permettono alta efficienza di trasferimento ma, come ricordato in precedenza, sono consigliate per il trattamento di superfici nascoste ed angoli. Una caratteristica di queste vernici è che hanno una resistenza all’ingiallimento dovuto ad una eccessiva cottura elevata.

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Vernici a base di nylon

Queste vernici hanno resistenza chimica e ai solventi e formano film di buono spessore con un’eccellente resistenza all’abrasione, all’impatto e al logorio. Il film ha una buona levigatura, uniformità di spessore, e un basso coefficiente di frizione quando applicato ad un fondo opportuno. Resistono più di altre vernici a polvere termoplastiche ad alte temperature. Legano saldamente alla maggior parte delle superfici metalliche e a molte superfici non metalliche quando applicate sopra un fondo. Le applicazioni più tipiche per questo tipo di vernice sono gli uncini su cui sono appese le carcasse di animali, cestini e cremagliere per l’affumicatura della carne, cestini per le macchine sgrassatrici, rulli per lo stampaggio, apparecchiatura per l’illuminazione, carrelli per la spesa, attrezzature ospedaliere, pali, cardini delle porte, ingranaggi in aerei e navi.

Vernici poliestere

Due sono i gruppi più importanti di vernici in polvere poliestere: TGIC (trigligidilisocianurato) e uretaniche-poliestere. In questo paragrafo verrà descritto il secondo gruppo in quanto il TGIC è risultato mutageno negli animali ed è sospettato di mutagenicità e cancerogenicità nell’uomo e sarebbe dunque opportuno evitare l’utilizzo delle vernici di tale gruppo. Le vernici uretaniche-poliestere sono caratterizzate da un’eccellente flessibilità, durevolezza, resistenza ai raggi UV e agli agenti atmosferici, formano inoltre film sottili e levigati in tutti i livelli di lucentezza. Ultimamente si è aggiunto un altro gruppo ai primi due, quello dei poliesteri amidi. Esistono formulazioni particolari che donano al film una durevolezza e una superiore resistenza agli agenti atmosferici e alla corrosione, una buona resistenza a scalfitture e ammaccamenti. Le vernici ibride poliestere-silicone sono utilizzate per ottenere colori e lucentezza desiderate, mentre le vernici PVDF (polivinilidenfloruro) sono in grado di massimizzare la ritenzione di colore e lucentezza e la resistenza allo sfarinamento. Alcune vernici poliestere sono compatibili con vernici acriliche a bassa lucentezza. Le più comuni applicazioni per le vernici uretaniche poliestere sono le apparecchiature per l’illuminazione fluorescente, ruote in acciaio e alluminio, ferro ornamentale, ruote e cerchioni cromati, cabine dei condizionatori d’aria, incastellature per componenti elettrici, cappe di cucine, attrezzatura per il giardinaggio, e rifiniture esterne per autoveicoli. Lo spessore ottimale per le vernici poliestere uretaniche è di 0,025-0,076 mm, film di maggiore spessore determinano superfici velate e degassamento. Il trattamento di polimerizzazione varia da 10 minuti a 204°C a 30 minuti a 149°C. Dall’analisi della componente volatile emessa durante la polimerizzazione è emerso che le concentrazioni di COV (costituiti da monomeri e solventi) per le vernici poliestere si attesta, grazie alla maggiore stabilità termica delle resine presenti in queste ultime vernici, sotto l’1%. Nelle vernici poliestere uretaniche si possono avere emissioni di caprolattame (in passato questa sostanza era considerata pericolosa mentre ad oggi non è classificata come tale). Vernici polipropileniche in polvere

Producono un film di buono spessore resistente a reagenti chimici e solventi, sale, acqua, detergenti e molti acidi e basi. Non sono invece molto resistenti agli agenti fortemente ossidanti. Caratterizzate da una grana abbastanza grossa, sono utilizzate per formare film di spessore maggiore di 0,25 mm. Sono utilizzate per scaffalature di freezer, tubazioni per il trasporto di sostanze chimiche, incamiciature di serbatoi e cilindri, cremagliere, etc. Comunemente sono applicate attraverso letto fluidizzato. Non aderiscono molto bene ai metalli a meno che non sia presente un fondo. Vernici in polvere PVC

Formano film caratterizzati da buona levigatezza, lucentezza e resilienza; hanno inoltre una buona resistenza chimica, elettrica e all’impatto. Di buono spessore, estremamente durevoli all’aperto mostrano anche resistenza allo strisciamento. Flessibilità e diversi livelli di durezza sono contributo di agenti plasticizzanti presenti nella formulazione. Le tipiche applicazioni per le vernici in polvere PVC riguardano i cestini delle lavastoviglie, la parte esterna delle batterie, rastrelliere di freezer, attrezzature per parchi giochi, condotti, protezioni di ventole, griglie di condizionatori, tosaerba, raccoglitori avvolgicavi, pali per recinzioni, scaffalature, catene.

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Gli agenti plasticizzanti presenti nella formulazione sono responsabili della presenza di COV nelle emissioni, il quantitativo raramente eccede però l’1% della massa per la maggior parte delle formulazioni.

Vernici in polvere UV

Questo tipo di vernice combina i vantaggi delle vernici in polvere con quelli delle vernici UV. Come le vernici in polvere tradizionali possono essere applicate in un solo strato. E’ possibile applicare film abbastanza sottili considerando che si tratta di una vernice in polvere. Come le vernici UV liquide, anche le vernici in polvere UV sono caratterizzate da una notevole produttività ottenuta grazie all’estrema velocità del processo di polimerizzazione; ciò permette inoltre una significativa riduzione degli spazi necessari allo stoccaggio dei pezzi in attesa della maturazione del film verniciante. All’elevata produttività del processo si aggiunge la riduzione dei quantitativi di vernice richiesta per produrre un film secco di pari spessore. Le resine più comunemente utilizzate per queste vernici sono gli acrilati multifunzionali (MFMs), oligomeri acrilati o monomeri monofunzionali. Per quanto riguarda le caratteristiche delle resine più utilizzate per la formulazione di queste vernici è possibile rifarsi alla tabella riportata al paragrafo relativo alle vernici EBC. Hanno un’ottima durevolezza e resistono all’attacco chimico, all’umidità e sono termicamente stabili. Permettono un’ottima adesione a molti substrati e sono caratterizzate da formulazioni flessibili grazie alle quali è possibile modulare proprietà quali viscosità, durezza, resistenza all’abrasione e ai solventi, flessibilità, lucentezza e colore. Ogni linea di applicazione è specifica per prodotto e substrato da trattare, la variazione di uno dei due necessita di cambiamenti del sistema. Le prime applicazioni di queste vernici sono stati i motori elettrici e i radiatori degli autoveicoli. Attualmente i settori che più utilizzano questo tipo di vernice, in campo metalmeccanico, è quello automobilistico; se ne fa anche grande utilizzo per il trattamento di materiali sensibili alle alte temperature (plastica, compositi, etc.). In generale, perché l’applicazione di tali vernici a metalli sia ottimale e il processo conveniente, è necessario che la geometria dei pezzi sia semplice; diversamente è comunque possibile far uso di sistemi tridimensionali di lampade che permettano una eguale irradiazione su ogni superficie del pezzo. Queste vernici possono essere stoccate per diversi mesi a temperature di 30°C. Le tecniche di applicazione delle vernici UV dipendono da molti fattori quali la formulazione della vernice, la tipologia di pezzo da trattare e la velocità di verniciatura desiderata. Normalmente queste vernici sono applicate attraverso pistole spray a corona. Riparazioni e ritocchi, a causa della durevolezza della vernice, non sono facili. Spesso la pulizia dell’equipaggiamento non è necessaria in quanto la vernice non polimerizza se non in presenza di raggi UV. In queste vernici avviene una buona fluidificazione già a temperature relativamente basse (100 – 140°C), successivamente l’energia legata alla radiazione UV è assorbita da un fotoiniziatore che avvia, attraverso una serie di meccanismi, il processo di polimerizzazione. Spessori elevati possono non permettere alla radiazione UV di penetrare, non consentendo quindi un indurimento dello strato verniciante uniforme e completo. Maggiore è lo spessore del film e il grado di pigmentazione, maggiore è il tempo necessario per indurire. La maggior parte dei pigmenti gialli assorbono la radiazione alla stessa lunghezza d’onda di diversi fotoiniziatori causando diversi problemi al processo di polimerizzazione. I tempi di polimerizzazione sono dell’ordine dei secondi. L’intensità energetica decresce all’aumentare della distanza dalla sorgente di radiazione UV. Come altre vernici in polvere sono caratterizzate da concentrazioni di COV pressoché nulle (0,5 – 5% in massa), inoltre la polimerizzazione tramite raggi UV non richiede alte temperature (limitando quindi anche i rilasci prodotti dalla degradazione delle resine). L’overspray è riutilizzabile e ciò consente di raggiungere valori di efficienza di utilizzazione pressoché al 100% e di ridurre la produzione di rifiuti. Rispetto ad altre vernici in polvere il consumo energetico per la fase di polimerizzazione è minore per la bassa temperatura necessaria alla fase di fluidificazione. È da notare che, poiché le resine presenti in queste vernici sono caratterizzate da un maggiore peso molecolare rispetto a quelle presenti nelle vernici UV liquide, risultano meno irritanti e sensibilizzanti per pelle e occhi.

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Tecnica: Altre vernici Plastisol I plastisol vinilici sono dispersioni di fini particelle di PVC in liquidi plastificanti che combinano la facilità di applicazione di un liquido con lo spessore, la flessibilità, la resistenza chimica e all’abrasione tipica del vinile. Queste vernici sono disponibili in una gamma praticamente illimitata di colori ed è possibile ottenere un’ampia gamma di livelli di durezza. I plastisol hanno una buona resistenza agli alcali e agli acidi mentre può essere considerata moderata la resistenza ad oli, gas e alla maggior parte dei solventi. Diverse sono le sostanze che possono essere aggiunte per migliorare alcune proprietà o ovviare ad alcuni difetti dei plastisol. Gli agenti plastificanti permettono di influenzare sia alcuni parametri di processo (temperatura di fusione, viscosità, gelificazione) che alcune proprietà finali del film, mentre gli stabilizzatori di luce e raggi UV migliorano la resistenza agli agenti atmosferici. I fondi devono essere utilizzati per assicurare una buona adesione alle superfici metalliche. Altri additivi che vengono utilizzati sono gli stabilizzatori del calore e i pigmenti colorati. Carbonato di calcio, silicati ed altre sostanze possono essere aggiunte alla formulazione per ridurre il costo della materia prima. I plastisol sono applicati tramite lame applicatrici, efficienti per plastisol ad alta viscosità, ed applicatori a rullo, che permettono elevate velocità di applicazione. La temperatura di gelificazione dei plastisol è compresa tra 60 e 93 °C mentre quella di fusione si attesta tipicamente tra 138 – 204 °C. Ad alte temperature gli agenti plastificanti reagendo con le resine permettono sia raggiunta una completa omogeneizzazione della massa. Un eccessivo calore può causare la rottura del plastisol, tipicamente il fenomeno inizia con una variazione di colore o con ingiallimento. Un ulteriore riscaldamento causa l’annerimento del vinile e contemporaneamente l’emissione di acido cloridrico. Si tratta di vernici solide al 100% per le quali non è fatto uso di solventi, le emissioni di COV sono quindi molto limitate o nulle. Nel caso in cui il calore sia eccessivo il vinile può rilasciare acido cloridrico sotto forma di gas, è necessario prendere le dovute cautele affinché tale eventualità non si verifichi (mediante controllo della temperatura). Fanghi in polvere acquosi Sono polveri disperse e stabilizzate in acqua che possono essere applicate con gli equipaggiamenti tradizionali per le vernici liquide. Quali strati di finitura, le vernici trasparenti, devono soddisfare requisiti particolarmente elevati, assicurare valida protezione dagli agenti atmosferici, come raggi UV, umidità e temperatura, dagli agenti chimici presenti nell'ambiente e dalla benzina nonché da deterioramenti meccanici come graffiature. I vantaggi ambientali di queste vernici trasparenti sono quelli di non produrre acque di scarico ed emissioni di COV. A questo si aggiunge che possono essere applicate su strati precedenti (primer e basecoat) ancora bagnati permettendo dunque di saltare processi intermedi di essiccazione in forno con conseguenti significativi risparmi di energia. Vernici autoforetiche Alcune vernici organiche possono essere depositate su superfici metalliche attraverso un processo di precipitazione ossido-riduttivo conosciuto col nome di autodeposizione o fenomeno chemioforetico o autoforetico. Il film verniciante formato è caratterizzato da una certa opacità ed è primariamente nero. Un importante vantaggio di queste vernici è la totale copertura delle parti immerse nel bagno di vernice. I film hanno uno spessore estremamente uniforme e variabile comunemente tra 13 – 30 micron e offrono una elevatissima resistenza alla corrosione. Le resine utilizzate hanno eccellenti proprietà di durezza, plasticità e adesione. Il processo di autodeposizione avviene esclusivamente su metalli ferrosi. La vernice autoforetica è utilizzata in prevalenza nel trattamento di alcune parti in automobili e camion che proteggono grazie alle eccellenti proprietà di anticorrosione. Rimpiazza la zincatura nel trattamento di scorrimenti di cassetti nel mobilio da ufficio.

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La pulizia del substrato è molto importante in quanto il processo tende ad essere intollerante ai contaminanti, poiché alcuni ioni possono destabilizzare la vernice staccandola dal substrato. Per evitare questo fenomeno e mantenere un alto grado di efficienza di trasferimento sarà necessario rimuovere gli ioni metallici. Le soluzioni utilizzate per la pulizia sono riscaldate (questa è l’unica fase del processo che non avviene a temperatura ambiente). Con l’eccezione della fase di immersione l’intero processo è molto simile ai normali processi di verniciatura, passare da un sistema tradizionale ad uno di autodeposizione è quindi relativamente semplice. Non sono necessari solventi organici per il processo autoforetico, di conseguenza le emissioni di COV sono molto limitate se non nulle. Questa tecnica ha inoltre una resa elevatissima (circa 98%), le perdite sono dovute alla vernice che rimane all’interno dei serbatoi o a casi accidentali. Per quanto riguarda la sicurezza dei lavoratori è da sottolineare che, con questo processo di verniciatura, non sussiste pericolo di incendio.

Vernici a elettrodeposizione Le caratteristiche principali di queste vernici sono l’eccellente resistenza alla corrosione, all’attacco chimico e ai fluidi; il film formato per elettrodeposizione gode di un’eccellente durezza e una buona flessibilità, di un’ottima adesività e di un eccellente aspetto esteriore. Le vernici per elettrodeposizione sono disponibili in un ampio numero di colori e sono caratterizzate da una lucentezza elevatissima che permette loro di essere utilizzate per la finitura degli autoveicoli. Le resine più utilizzate sono gli epossidi e gli acrilati; sono però anche disponibili prodotti alchidici, resine epossiuretaniche e altre resine ibride. Nella tabella di seguito sono riassunte alcune caratteristiche delle vernici per elettrodeposizione in relazione ad altri tipologie di prodotti vernicianti.

Fattore A base acquosa Ad alto solido A base

solvente In polvere Elettrodeposizione

Uniformità del film Discreto Discreto Discreto Buono Eccellente Efficienza di applicazione Discreto Discreto Discreto Eccellente Eccellente Grado di copertura delle cavità e aree poco esposte Discreto Discreto Discreto Povero Eccellente

Spessore del film (mm) 0,01-0,038 0,1524-0,508 0,101-0,038 0,355-1,524 0,1016-0,508 Grado di copertura Buono Molto buono Molto buono Molto buono Eccellente Resistenza a gocciolatura e colatura Buono Buono Buono Eccellente Eccellente

Facilità di cambiamento di colore Buono Eccellente Buono Moderato Povero

Problemi legati alla contaminazione Basso Discreto Basso Alto Lieve

Queste vernici possono essere applicate ad acciaio, acciaio galvanizzato, alluminio e altri materiali con caratteristiche di alta conducibilità tra i quali, ad esempio, il magnesio sempre più utilizzato nel settore elettronico. Le vernici elettrodepositate sono utilizzate come fondi per dare resistenza alla corrosione e per formare la base per un topcoat (non è necessaria la smerigliatura). I fondi più comuni sono quelli epossidici, alchidici e poliesteri. Nell’industria automobilistica le applicazioni di queste vernici includono l’intelaiatura di camion e automobili. Altre applicazioni ancora comprendono i pianali dei camion, impianti di raffreddamento dell’acqua, forni a microonde, compressori, parti di forni, condizionatori d’aria, refrigeratori, dispositivi per l’illuminazione, circuiti stampati, blocchi motori, tamburi essiccanti, macchine lavatrici, scaffalature, incastellature delle trasmissioni, ruote, etc. Il film verniciante ottenuto attraverso elettrodeposizione anodica è caratterizzato da eccellenti qualità cromatiche e da ottimo controllo della lucentezza. Normalmente è utilizzato per oggetti la cui destinazione è in ambienti interni e solo moderatamente in quelli esterni. Le vernici per l’elettrodeposizione catodica invece sono caratterizzate da una elevatissima resistenza alla corrosione e permettono quindi una durevolezza all’esterno non comune. Le resine catodiche più utilizzate sono quelle epossidiche, impiegate per componenti di automobili, attrezzatura, trasformatori e come fondi in diverse applicazioni industriali. Le vernici epossidiche anodiche

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sono utilizzate per attrezzature agricole e non, diffusori, acciaio strutturale e parti di automobili, anche se ultimamente queste ultime sono trattate preferibilmente con vernici epossidiche catodiche. Le vernici catodiche acriliche sono invece comunemente utilizzate per attrezzature agricole, per attrezzi da giardinaggio, condizionatori d’aria, ventilatori, forni, recinzioni elettriche e altri utensili. Le vernici acriliche anodiche sono infine tipicamente utilizzate per pannelli di controllo elettrico, compressori, diffusori d’aria, portautensili, attrezzatura per officine meccaniche, dispositivi in serie e reti divisorie in filo metallico. Le vernici elettrodepositate per indurire devono essere sottoposte a trattamento termico a temperature di 135 – 191°C per 15-30 minuti. Il miglioramento di questi prodotti ha permesso di ottenere vernici che necessitano di temperature sempre minori, in grado quindi di ridurre i consumi energetici e la contrazione del film. Questi prodotti sono quasi totalmente privi di sostanze organiche pericolose e/o volatili (2-6%) e metalli pesanti. Per quanto riguarda la sicurezza è da sottolineare la bassa o perfino assente tossicità di queste vernici e la bassissima infiammabilità. Per quanto riguarda in particolare i COV è da sottolineare che da alcune resine che compongono questa tipologia di vernici si può sviluppare glicoetere come prodotto delle reazioni chimiche che avvengono nel forno. Si tratta comunque di emissioni alquanto limitate. Non sono necessarie protezioni particolari per gli operatori.

Vernici EBC Le vernici EBC (Electron Beam Cured) sono liquidi, non contenenti solventi, che applicati ad un substrato solidificano in pochi secondi quando esposte ad un fascio di elettroni (raggi beta) che fornisce l’energia sufficiente alla formazione di legami incrociati di reticolazione delle resine. Il fascio elettronico è generato da un filamento riscaldato elettricamente chiamato anche catodo. Lo spessore del film che si ottiene con questo tipo di verniciatura è limitato poiché film di maggiore spessore difficilmente sono induriti in breve tempo. Diversamente dalle vernici UV, quelle polimerizzanti con raggi di elettroni non sono influenzate dal colore; grazie al potere di penetrazione dei raggi beta è possibile formare film fortemente pigmentati di spessore maggiore ad un 0,025 mm. Le resine più comunemente utilizzate per queste vernici sono gli acrilati multifunzionali (MFMs), gli oligomeri acrilati o i monomeri monofunzionali. Di seguito sono sintetizzate alcune caratteristiche delle principali resine presenti sia nelle vernici EBC che UV.

Resina Vantaggi Svantaggi

Poliesteri • Bassa viscosità • Costo modesto

• Basso grado di indurimento • Lieve ingiallimento

Uretanica

• Spessore elevato • Flessibilità • Resistenza all’abrasione • Eccellente resistenza agli

agenti atmosferici (alifatici) • Complessivamente possiede

le migliori qualità

• Costo massimo • Ingiallimento (aromatici)

Epossidica

• Processo di indurimento veloce

• Buona resistenza agli attacchi chimici

• Durezza • Buona adesività ai metalli • Basso costo

• Ingiallimento

Mostrano un’eccellente adesività con la maggior parte dei substrati, per alcuni di essi invece necessitano particolari trattamenti atti a migliorarla. Questo tipo di vernice, non necessitando di calore per l’evaporazione del solvente o per la formazione di legami incrociati, e, non essendoci che una limitatissima produzione di calore dovuta al bombardamento elettronico durante il processo, può essere applicato a materiali sensibili alle alte temperature; di fatto è utilizzato oltre che per metalli anche per materiali termosensibili e oggetti compositi. Le tecniche di applicazione delle vernici EBC sono quelle spray, di rullatura e di colatura. Nella vernice è presente un catalizzatore o fotoiniziatore che rimane inattivo fino a quando non entra in contatto con i raggi beta. La formazione dei legami avviene in frazioni di secondo, per questo motivo, comunemente, la camera nella quale sono posti i pezzi trattati e nella quale avviene l’indurimento del film

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verniciante è di minori dimensioni e quindi necessita di minor spazio rispetto alle camere o ai forni per l’essiccamento utilizzati per altri tipi di vernice. Ogni linea è specifica per tipo di vernice e substrato. Sono commercialmente disponibili varie tipologie di lampade per la produzione dei raggi di elettroni: a filamento ad alto e a basso voltaggio, a scansione e proiettore con lampada incorporata. Le emissioni di COV sono nulle o comunque molto limitate. I consumi energetici, necessari al funzionamento del sistema, sono minori rispetto a quelli che si hanno nelle camere o nei forni di essiccamento, indirettamente quindi anche la produzione di CO2 legata al consumo energetico è minore. L’overspray è recuperabile e la vernice stabile (non indurisce se non a contatto con i raggi beta), ciò permette di ridurre i consumi di materia prima e la produzione di rifiuti. Per quanto riguarda la sicurezza è importante ricordare che i raggi beta sono pericolosi per l’uomo, per questo è necessario che la camera entro la quale sono applicati alle superfici verniciate sia isolata dall’esterno. All’interno di questa camera è presente un gas inerte (di solito azoto) in quanto l’ossigeno può interferire con il processo e determinare la formazione di ozono. Sia le vernici EBC che quelle UV (descritte di seguito) sono caratterizzate da alcuni vantaggi economici legati alla loro capacità di ridurre in modo significativo il tempo necessario al trattamento, ovverosia di aumentare il grado di produttività della linea di verniciatura. Una vernice nitrocellulosica, per esempio, tipicamente necessita di 6 ore e 40 minuti per essere applicata e perché il film sia indurito. Di questo tempo più di 5 ore sono necessarie per seccare lo strato verniciante. Lo stesso processo necessita, per le vernici UV e EBC, di pochi secondi. Per lo stesso motivo anche la necessità di spazio è molto ridotta (minore del 50 – 75%) poiché non vi sono installazioni di ingombranti sistemi di essiccamento. All’elevata produttività del processo si aggiunge la riduzione dei quantitativi di vernice richiesta per produrre un film secco di pari spessore. I costi capitali per l’istallazione di un impianto di tal genere e comprendenti nuovo equipaggiamento, modifiche al sistema elettrico, addestramento del personale, possono essere significativi. Vernici UV Le vernici UV sono liquidi, non contenenti solventi, che applicati ad un substrato solidificano in pochi secondi quando esposte ad un fascio di raggi UV che fornisce l’energia sufficiente alla formazione di legami incrociati di reticolazione: il sistema di funzionamento è lo stesso che per le vernici EBC precedentemente descritte però varia la sorgente energetica (raggi ultravioletti anziché fasci di elettroni). Le vernici UV sono durevoli e resistono all’umidità, a sostanze chimiche e alla luce del sole. Alcune vernici possono fornire una insufficiente lucentezza e la scelta del colore può essere limitata (es. alcuni pigmenti gialli tendono a interferire con il processo di polimerizzazione). Viscosità, durezza, resistenza all’abrasione e ai solventi, adesività, flessibilità, lucentezza e colore rappresentano però tutti parametri che possono essere migliorati attraverso accorgimenti della formulazione. Le resine più comunemente utilizzate per queste vernici sono gli acrilati multifunzionali (MFMs), oligomeri acrilati o monomeri monofunzionali. Per quanto riguarda le resine più comunemente usate è possibile rifarsi alla tabella presentata nel paragrafo attinente alle vernici EBC. Sulla maggior parte dei substrati queste vernici hanno una eccellente adesività, migliore rispetto alle vernici solide su substrati non assorbenti. Le vernici trasparenti UV mostrano un’eccellente resistenza agli agenti atmosferici, all’attacco chimico, agli impatti e all’abrasione. Questo tipo di vernice, non necessitando di calore per l’evaporazione del solvente o per la formazione di legami incrociati, può essere applicato a materiali sensibili alle alte temperature; di fatto è utilizzato oltre che per metalli anche per materiali termosensibili e oggetti compositi. Sarà comunque opportuno, poiché le lampade producono calore, fare attenzione a che substrati particolarmente sensibili non siano surriscaldati. Tra gli oggetti tridimensionali verniciati con questi prodotti si annoverano mobili, lattine per bevande, portarossetto, mazze da golf. Per il settore automobilistico sono presenti vernici UV antigraffio con caratteristiche di resistenza all’abrasione superiori a quelle delle convenzionali vernici acriliche o bicomponenti uretaniche. Le tecniche di applicazione delle vernici UV dipendono da molti fattori quali la formulazione della vernice, la tipologia di pezzo da trattare e la velocità di verniciatura desiderata. Le tecniche più comuni sono comunque quelle spray, di rullatura e colatura. La viscosità è un elemento importante per quanto riguarda in particolare la tecnica di applicazione, per poter essere spruzzata infatti una vernice deve possedere un basso grado di viscosità che in alcune vernici UV è ottenuta attraverso l’aggiunta di monomeri, acqua o solventi organici (fino ad una concentrazione del 30 – 70%). In alcune applicazioni è utilizzata anche la tecnica di verniciatura sotto vuoto che, grazie alle caratteristiche di bassa viscosità, permette alte velocità di processo.

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La vernice deve essere protetta dalla luce per la presenza di una radiazione naturale ultravioletta al fine di evitare un prematuro indurimento. Il processo di polimerizzazione consta di due fasi: nella prima l’energia legata alla radiazione UV è assorbita da un foto inibitore che dà avvio, attraverso una serie di meccanismi, alla generazione di radicali liberi; questi attaccano i doppi legami delle resine iniziando il processo di polimerizzazione facilitato anche dal calore generato dalla lampada. Il grado di opacità può essere un problema per queste vernici, se infatti i raggi UV non penetrano, l’indurimento del film può non essere completo. inoltre, maggiore è lo spessore e l’opacità del film maggiore sarà il tempo necessario all’indurimento del film. La sorgente di radiazione UV è costituita normalmente da una lampada al mercurio; altre sorgenti possono essere lampade allo xenon e laser. Il numero e la posizione delle lampade da impiegare per il trattamento della vernice dipendono dalla velocità della linea e dalla geometria dei pezzi da trattare. Oggetti dalla geometria complessa necessitano di una attenta configurazione delle lampade perché la polimerizzazione sia uniforme. Per quanto riguarda le vernici UV a base acquosa l’umidità relativa, la temperatura e il tasso di ricambio dell’aria possono influenzare la durata del processo di indurimento, in generale, a causa dell’elevato calore latente di evaporazione dell’acqua, possono necessitare di più tempo o maggiore intensità energetica. I due più comuni tipi di lampade, che emettono in un intervallo di frequenza tra 200 e 450 nm, sono la lampada ad arco e quella a microonde. Le vernici UV sono disponibili come liquidi a bassa viscosità essendo costituiti prevalentemente da resine a basso peso molecolare come poliuretani, resine acriliche, siliconi e altri polimeri. A meno che non siano combinati con solventi per diminuirne la viscosità non contengono inquinanti dell’aria pericolosi e COV. Inoltre i consumi energetici, necessari al funzionamento del sistema, sono minori rispetto a quelli che si hanno nelle camere o nei forni di essiccamento, indirettamente quindi anche la produzione di CO2 è minore. L’overspray è recuperabile (l’efficienza di trasferimento può raggiungere il 100%) e la vernice stabile (non indurisce se non a contatto con i raggi UV), ciò permette di ridurre i consumi di materia prima e la produzione di rifiuti. Anche la velocità con la quale è possibile l’avviamento e il fermo del processo riduce la generazione di rifiuti. Le lampade UV portano alla formazione di ozono che è difficilmente individuabile in quanto incolore e pressoché inodore. Poiché si tratta di un gas nocivo per la salute umana normalmente il sistema è fornito di un apparecchio in grado di aspirarlo e rilasciarlo al di fuori dell’ambiente di lavoro. Le radiazioni ultraviolette sono molto dannose se a contatto con la pelle o gli occhi degli operatori per questo motivo la camera in cui opera la lampada UV è isolata dall’esterno. Infine a causa del basso peso molecolare delle resine presenti nella vernice, quest’ultima risulta irritante e sensibilizzante a contatto con la cute. Per chi lavora a contatto con tali vernici è quindi raccomandato un vestiario protettivo e un respiratore nel caso si venga a contatto con gli spray e i vapori, il sistema dovrà comunque essere progettato al fine di minimizzare tale esposizione. Sia le vernici UV che quelle EBC (descritte precedentemente) sono caratterizzate da alcuni vantaggi economici legati alla loro capacità di ridurre in modo significativo il tempo necessario al trattamento, ovverosia di aumentare il grado di produttività della linea di verniciatura.

Tecnica: Tecniche di Verniciatura Atomizzazione Convenzionale L’atomizzazione ad aria compressa è una delle più comuni tecniche di verniciatura a spruzzo, da un punto di vista ambientale però la bassa efficienza di trasferimento non ne rende particolarmente auspicabile l’utilizzo. Per il suo diffuso utilizzo, giustificato dalle indubbie caratteristiche di versatilità e alle elevate performance che è in grado di ottenere, viene di seguito descritta come tecnica tradizionale mettendone in risalto limiti e pregi e proponendo alcuni accorgimenti atti a ridurre gli impatti ambientali generati. Il prodotto verniciante, attraverso sifone o alimentatore a pressione, è sospinto alla pistola e, fuoriuscendo dall’ugello, è investito da un flusso di aria compressa che avvolge il fluido e lo atomizza trasferendogli energia cinetica. Ulteriori getti di aria compressa affinano ulteriormente il grado di atomizzazione dando al getto una forma ellittica.

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Questo tipo di applicazione può avvenire sia manualmente che attraverso robot. Quest’ultima scelta è preferita quando è necessario verniciare grandi volumi di pezzi identici. Benché questa tecnica di atomizzazione sia la più datata, essa è in grado di fornire prestazioni in termini di versatilità e controllabilità del processo di primo ordine. È possibile infatti variare sia il grado di atomizzazione che le caratteristiche dell’applicazione (movimento, distanza, etc.). Ciò permette ad un addetto esperto, senza cambiare la pistola o l’ugello, di passare dalla verniciatura di ampie superfici a quella di particolari con risultati finali che sono tra i migliori. Rispetto poi alle altre tecniche di verniciatura a spruzzo è in grado di utilizzare la più ampia gamma di prodotti vernicianti. L’efficienza di trasferimento di questa tecnica varia dal 30 – 70% ma che in alcune condizioni (prime fra tutte l’inesperienza dell’operatore) può essere minore al 20%, ciò si ripercuote fortemente sul consumo di sostanze pericolose (vernice e solventi), che risulta quindi superiore di quello necessario, e sulla produzione di rifiuti pericolosi quali l’overspray e i materiali e le sostanze utilizzate per la pulizia. Alcuni accorgimenti possono ridurre la produzione di overspray e migliorare così l’efficienza di trasferimento del prodotto verniciante al pezzo da trattare:

evitare un’eccessiva pressione dello spruzzo; muovere la pistola a velocità uniforme; mantenere la pistola perpendicolarmente alla superficie dell’oggetto da trattare; sganciare il grilletto all’inizio e alla fine di ogni passaggio; mantenere sempre una distanza di 15 – 20 cm dall’oggetto da trattare, maggiore è la

distanza infatti tanto più l’efficienza di trasferimento diminuisce; mantenere una sovrapposizione del 50% tra gli strati successivi; la grandezza dello spruzzo dovrebbe essere equiparabile come dimensioni al pezzo da

verniciare. La forte richiesta di aria compressa si ripercuote sui consumi energetici. Per quanto riguarda la sicurezza degli operatori si fa notare che saranno necessari dispositivi di protezione personale che prevengano l’inalazione di overspray, solventi e altri gas nocivi. Possono essere inoltre necessari dispositivi di protezione dell’udito qualora i requisiti relativi alla protezione acustica degli operatori lo richiedano. Atomizzazione Airless In questa tecnica è la pressione idraulica a pompare la vernice attraverso l’orifizio dell’ugello attraverso il quale viene atomizzata e, grazie all’elevata pressione variabile tra un minimo di 30 e un massimo di 300 atmosfere circa (normalmente si attesta tra 100 e 140 atm), acquista una velocità sufficiente per raggiungere l’obiettivo. Dalla dimensione e dalla forma dell’orifizio dipende il grado di atomizzazione e la forma e dimensione dello spruzzo. Esistono due tipologie di sistemi airless, in uno il prodotto è pompato direttamente dal contenitore della vernice alla pistola, nel secondo la vernice è veicolata ad un sistema circolante collegato alla pistola. Un filtro è solitamente allocato su questa conduttura o sulla pistola. È il sistema spray più veloce tanto da essere vantaggiosamente utilizzato in linee di verniciatura molto veloci o laddove le superfici da verniciare sono estese. È per esempio utilizzato per la verniciatura di edifici, ponti, barche, larghi pannelli elettrici di controllo. L’efficienza di trasferimento è elevata rispetto ai convenzionali sistemi spray in quanto si ha meno dispersione ed è ridotto anche l’overspray. L’efficienza può però essere bassa se i pezzi da verniciare sono di ridotte dimensioni. Lo spray inoltre è in grado di penetrare in recessi e cavità senza che le particelle di vernice rimbalzino. Per questo motivo la manutenzione della cabina di verniciatura è ridotta. L’assenza di aria di soffiaggio semplifica le operazioni in quanto, venendo a mancare il flessibile dell’aria compressa, la pistola risulta più leggera e manovrabile. Fluidi troppo viscosi per i sistemi spray ad aria come poliestere ad alto solido o poliuretano possono essere spruzzati con questa tecnologia. Il grado di atomizzazione raggiungibile è d’altra parte inferiore rispetto a quello che è possibile ottenere con i convenzionali sistemi ad aria compressa, non è quindi adatto per rifiniture di alta qualità (es. finitura della carrozzeria delle automobili), in particolare è difficile raggiungere elevati standard di finitura nella verniciatura di piccoli oggetti a causa dell’elevata pressione del getto che spesso devia i pezzi sospesi sul convogliatore. Le limitate dimensioni poi del foro dell’ugello non permettono di spruzzare se non materiale molto fine. Rispetto alle tecniche ad aria compressa non permette all’operatore la stessa flessibilità nella regolazione dei parametri dello spray. La forma del getto per esempio non è regolabile, nel caso si presenti quindi tale esigenza sarà necessario cambiare l’ugello. La pistola deve essere sempre o accesa o spenta, non c’è possibilità di stand-by per questo motivo se il movimento della pistola è troppo lento ciò potrebbe causare colatura o gocciolatura.

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Un altro limite di questa tecnologia si può presentare allorquando si utilizzino pressioni molto elevate e nel fluido siano presenti elevate concentrazioni di pigmenti dagli effetti abrasivi: in questo caso infatti il foro dell’ugello viene lentamente ma costantemente allargato accrescendo il flusso di vernice che fuoriesce e variando le caratteristiche dello spruzzo. Infine c’è da notare che questo sistema deve essere costantemente visionato e manutenuto soprattutto per le elevate pressioni utilizzate, è inoltre importante che oggetti estranei non ostruiscano l’ugello bloccando il sistema. L’atomizzazione airless è caratterizzata da una migliore efficienza di trasferimento del prodotto verniciante rispetto ai tradizionali sistemi ad aria compressa ed è quindi preferibile da un punto di vista ambientale. La minore produzione di overspray riduce le necessità di pulizia della cabina di verniciatura riducendo parimenti il consumo di solventi e altri materiali per la pulizia e la generazione di rifiuti: valgono comunque gli stessi accorgimenti atti a ridurre l’overspray presentati nella sezione dedicata all’atomizzazione convenzionale ad aria compressa. Per quanto riguarda la sicurezza degli operatori si fa notare che saranno necessari dispositivi di protezione personale che prevengano l’inalazione di overspray, solventi e altri gas nocivi. Possono essere inoltre necessari dispositivi di protezione dell’udito qualora i requisiti relativi alla protezione acustica degli operatori lo richiedano. È inoltre molto importante che il getto di vernice, ad alta pressione, non venga a contatto con la cute dell’operatore. L’iniezione di vernice nella pelle può infatti causare gravi problemi. Atomizzazione Mista Il sistema di atomizzazione mista combina le migliori caratteristiche dei sistemi convenzionali e di quelli airless. Il prodotto verniciante viene atomizzato durante il passaggio attraverso un ugello simile a quelli presenti nei sistemi airless, getti d’aria compressa che fuoriescono dall’ugello permettono poi di forzare e comprimere il getto. La forma dello spruzzo è simile a quella tipica dei sistemi ad aria compressa convenzionali. L’applicazione può essere manuale o, nel caso si trattino grandi volumi di pezzi identici, può essere affidata a robot. Questa tecnica permette all’operatore un migliore controllo sull’applicazione rispetto a quello che può fornire il sistema airless ma minore rispetto a quello HVLP. È comunque necessario uno specifico addestramento del personale in quanto vi sono più variabili da controllare e spesso si tende a usare flussi di vernice e pressioni eccessive rispetto al necessario. Con l’atomizzazione mista è possibile applicare fluidi di diversa viscosità, il risultato della finitura è morbido e di buona qualità anche se non raggiunge i livelli dei sistemi convenzionali ad aria compressa. Il grado di atomizzazione nella parte superiore e inferiore dello spruzzo è modesto. L’utilizzo è molto vario, questa tecnica può essere utilizzata sia in linee ad alta che a bassa velocità per la verniciatura di oggetti di medie e grandi dimensioni. Spesso comunque la qualità della finitura, anche di piccoli oggetti, è superiore alle aspettative. L’efficienza di trasferimento è superiore del 30% rispetto ai sistemi convenzionali ad aria compressa rispetto ai quali però è generalmente più lenta; rispetto all’atomizzazione HVLP invece permette velocità di produzione più elevate essendo in grado di spruzzare un quantitativo di vernice doppio. È possibile l’applicazione di fluidi a diverse viscosità. Lo spray è in grado di raggiungere recessi e cavità senza le particelle di vernice rimbalzino eccessivamente. Questa ultime due caratteristiche congiuntamente contribuiscono ad una pulizia più veloce e ad una minore manutenzione della cabina. Nell’atomizzazione mista è minore il consumo di aria compressa rispetto ai sistemi convenzionali e, per le minori pressioni del fluido necessarie, minore la velocità di logorio del foro dell’ugello e la necessità di mantenimento della pompa. Come nel sistema airless c’è il rischio che materiale grossolano occluda l’ugello e blocchi il sistema. Per quanto riguarda gli aspetti ambientali, relativi soprattutto al consumo di sostanze pericolose (vernici) e alla generazione di rifiuti, essi risultano legati in particolar modo al grado di efficienza di trasferimento (e conseguente produzione di overspray) che nell’atomizzazione mista è maggiore rispetto ai sistemi convenzionali ad aria compressa. Atomizzazione HVLP (High Volume – Low Pressure) Le pistole HVLP operano imprimendo a grandi volumi d’aria pressioni alquanto limitate. Pressioni maggiori incrementano l’overspray riducendo l’efficienza di trasferimento rispetto ad altre tecniche quali l’atomizzazione ad aria compressa convenzionale, quella airless, mista, elettrostatica. Esistono due diverse tipologie di sistemi HVLP, in una l’aria compressa è fornita da un compressore, nell’altra da una turbina. Queste ultime generano volumi di aria molto elevati utilizzando solo un terzo dell’energia necessaria ad una compressore, la pressione prodotta non è d’altra parte normalmente superiore a 0,5 – 0,7 atm. È stato da poco sviluppato uno strumento di mira al laser che può essere utilizzato per migliorare la copertura e la consistenza del film di vernice. Lo strumento è collegato alla pistola ed è diretto verso la

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superficie del metallo. Un raggio laser appare se la pistola è puntata ad una distanza e con un’angolazione ottimale, ne appaiono invece due in caso contrario. L’utilizzo di questo strumento permette di incrementare l’efficienza di trasferimento in media del 13% e ridurre i consumi di prodotto del 29%. L’applicazione può avvenire sia manualmente che automaticamente attraverso l’ausilio di robot. L’atomizzazione HVLP è caratterizzata da un’alta efficienza di trasferimento (dal 65 al 75%), maggiore in alcuni casi a quella ottenibile da sistemi elettrostatici, che permette di ridurre il consumo di materiale, la frequenza delle manutenzioni e della pulizia della cabina di verniciatura e la produzione di rifiuti pericolosi. Il rimpiazzo di un sistema HVLP in sostituzione di uno convenzionale ad aria compressa non richiede variazioni dell’equipaggiamento. Lo spray prodotto dalle pistole HVLP è morbido e leggero, e viene usato spesso nelle rifiniture, è inoltre in grado di raggiungere recessi e cavità senza produrre rimbalzo del prodotto grazie alla bassa pressione. Per questo è utilizzata per la verniciatura di oggetti di piccole, medie e grandi dimensioni. Il grado di atomizzazione può però non essere altrettanto elevato rispetto al convenzionale sistema ad aria compressa. Per ottenere una buona qualità di rifinitura in alcune applicazioni può essere necessario una riformulazione del prodotto verniciante o un’addizionale lucidatura. L’utilizzo di una pistola HVLP necessita di abilità da parte dell’operatore. Il sistema HVLP può risultare lento per alcune linee ad alta velocità e incrementare il flusso per accrescerne la velocità può ridurre la qualità della finitura. L’aria compressa può essere fornita da un compressore o da una turbina. L’elevata efficienza di questo tipo di atomizzazione ne fa una delle tecniche di verniciatura a più basso impatto ambientale. Grazie ad un miglioramento sostanziale dell’efficienza di trasferimento sono infatti ridotte significativamente le emissioni atmosferiche, il consumo di sostanze pericolose e la produzione di rifiuti pericolosi. Minori quantitativi di overspray riducono la necessità di pulizia riducendo quindi anche l’utilizzo di sostanze (solventi) e materiali a tale scopo utilizzati e quindi anche le emissioni di COV e altri inquinanti atmosferici pericolosi. L’accumulo di polvere di vernice è limitato ed è minore la sostituzione dei filtri e del rivestimento interno della cabina di verniciatura. Valgono gli stessi accorgimenti per la riduzione dell’overspray presentati per i sistemi convenzionali ad aria compressa. La minore pressione riduce il rimbalzo della vernice sull’oggetto limitando così l’esposizione dell’operatore. Possono essere necessari dispositivi atti a prevenire inalazione di overspray e vapori nonché a proteggere l’apparato uditivo qualora i livelli di rumore lo richiedano. Atomizzazione alla fiamma L’atomizzazione a fiamma permette la deposizione di fini particelle metalliche o non, in uno stato fuso o semifuso, su una superficie. Il prodotto verniciante può essere sotto forma di polvere, fili o aghi. Il materiale è fatto fluire, in modo controllato, alla pistola che riscaldandolo lo riduce allo stato fluido o semifluido. Non è necessario stendere un fondo. L’aria compressa applica quindi alle particelle di vernice una velocità di 10 – 20 metri al secondo, all’impatto con la superficie da trattare le particelle si appiattiscono prendendo la forma del substrato (il diametro delle particelle appiattite varia da 10 – 100 micron). Il gas utilizzato per espellere a velocità il materiale è aria o ossigeno, il riscaldamento può avvenire a gas (acetilene, propilene, propano, idrogeno) o ad elettricità. L’adesione delle particelle dipende, oltre che dal prodotto verniciante, anche dalla temperatura e dalla velocità nonché dal grado di pulizia e dalla temperatura del substrato. Una volta raffreddato lo strato coprente il pezzo è pronto e può essere raffreddato a sua volta mediante un processo di tempra. Questa tecnica viene comunemente applicata per il trattamento di superfici che necessitano di strati coprenti resistenti all’usura, alla corrosione e isolanti; questi strati hanno inoltre un’alta resistenza chimica, agli impatti e all’abrasione. È compatibile con la maggior parte dei substrati, il campo di applicazione è alquanto vario dall’industria aeronautica, alla produzione di protesi biomediche, a quella di serbatoi, navi, pompe, attrezzature agricole, ecc. Gli strati coprenti applicati possono essere di natura metallica, ceramica o termoplastica su substrati metallici e non. Le vernici termoplastiche in polvere utilizzate con questa tecnica sono poliestere, polipropilene, polivinile, polietilene, poliammide, politetrafluoroetilene, ecc. Possono essere combinate con un secondo polimero, con un metallo o con ceramica, queste miscele sono anche utilizzate come adesivi. Le vernici termoplastiche applicate con questo sistema possono presentare, anche se in modo leggero, il fenomeno della buccia d’arancia; non danno luogo però a sgocciolature, colate o zone non completamente essiccate.

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I prodotti di natura metallica e ceramica sono normalmente applicati in più strati mentre le vernici termoplastiche in uno solo. Bordi e angoli sono generalmente coperti bene, piccole aree non verniciate in modo corretto possono eventualmente essere “aggiustate” scaldando il pezzo per rifondere il polimero; aree più estese possono essere ritrattate. Bassa temperatura ambientale ed elevata umidità non costituiscono un problema. Il processo di spruzzo è veloce anche se non tanto quanto le tecniche a spruzzo tradizionali (il rapporto è di 1:8). Da un punto di vista ambientale il grande vantaggio di questo tipo di tecnica di applicazione è che, facendo uso di vernici in polvere, le emissioni di solventi dal prodotto verniciante solido sono nulle. Tra gli aspetti negativi ricordiamo che la fusione del prodotto necessita di un significativo consumo di gas combustibile o di energia elettrica. Per quanto riguarda la sicurezza, oltre agli accorgimenti necessari a prevenire l’inalazione delle polveri e gas prodotti dal riscaldamento, è necessario che anche gli occhi dell’operatore siano protetti. Si fa inoltre notare che l’utilizzo e lo stoccaggio dei gas combustibili utilizzati per la fusione può essere fonte di rischio significativo. Atomizzazione elettrostatica a pistola Nell’applicazione elettrostatica la conduttività del prodotto verniciante è un fattore importante, deve infatti permettere al prodotto stesso di caricarsi negativamente nel passaggio presso l’elettrodo ma non deve essere troppo elevata per evitare che la carica acquistata venga subito e facilmente ceduta a terra attraverso il sistema di applicazione. Vernici troppo conduttrici possono essere modificate per evitare che la carica elettrostatica scarichi a terra. Affinché l’applicazione sia efficiente l’oggetto da trattare deve essere conduttore di elettricità per essere messo a terra (a potenziale zero) facilmente. Il pezzo da verniciare deve essere caratterizzato da sufficiente umidità per condurre al meglio, per questo è comunemente necessario un pretrattamento con acqua o una soluzione sensibilizzante. La tecnica elettrostatica è sensibile all’umidità dell’aria in quanto quest’ultima accresce il flusso elettronico. L’efficienza di trasferimento attribuita a questa tecnica è elevata essendo compresa tra 65 e 95%. L’attrazione elettrica è infatti così forte che le particelle cariche che normalmente passerebbero oltre al pezzo di verniciare vengono attratte e si depositano su di esso anche nelle parti retrostanti. Inoltre le cariche sono più fortemente attratte da bordi e spigoli che vengono quindi completamente ricoperti. Via via lo spessore della vernice sul pezzo aumenta viene a formarsi uno strato isolante che riduce la differenza di potenziale. Le particelle di vernice si dirigono quindi laddove tale differenza è minore cioè dove lo strato è più sottile. Ciò permette di ottenere strati più spessi e uniformi. Per questo motivo la velocità del flusso di aria compressa può essere ridotta abbattendo così significativamente i costi per la compressione dell’aria e riducendo le emissioni atmosferiche. Lo spray elettrostatico è progettato primariamente per l’utilizzo in officina, non per operazioni all’aperto; non è quindi generalmente utilizzato, come altri sistemi spray, per trattare superfici tanto grandi da non stare in una cabina di verniciatura. Attraverso questa tecnologia è possibile applicare una grande varietà di vernici quali quelle a solvente, a base acquosa, ad alto solido e in polvere. Il flusso, atomizzato, è caricato negativamente (comunemente dell’ordine di 50 – 70 kV) grazie ad un elettrodo applicato alla pistola mentre il pezzo da trattare è messo a terra; la differenza di potenziale è molto elevata (dell’ordine di diverse decine di migliaia di Volt) e la corrente varia da valori molto bassi a 200 mA. Attraverso questa tecnica è possibile utilizzare prodotti privi o con percentuali poco significative di solventi come vernici in polvere o idrosolubili. Con tecniche puramente elettrostatiche l’applicazione di vernici ad acqua è più difficoltosa, utilizzando però sistemi meccanici è possibile ottenere anche per questi prodotti una fine atomizzazione ed eccellenti proprietà superficiali dello strato. I limiti di questa tecnologia sono legati prevalentemente alla necessità di lavorare con circuiti elettrici. Tutte le parti del sistema di applicazione coinvolte devono essere conduttrici per completare il circuito, per questo è necessario evitare che lo sporco e la vernice si accumuli creando tracce conduttrici sulla punta plastica della pistola che possono provocare cortocircuiti. La superficie da verniciare deve essere l’oggetto a potenziale zero più vicino alla pistola, altri oggetti vicini potrebbero infatti deviare il flusso atomizzato. Le pistole elettrostatiche sono alquanto delicate e necessitano di venir trattate di conseguenza. Una manutenzione errata delle pistole può portare ad arresti della linea, rimaneggiamenti e di conseguenza alla generazione di rifiuti. Una pistola sporca può essere causa di difetti quali colate, finiture non uniformi, sgocciolatura, striature e altri difetti per i quali il pezzo deve essere sverniciato e ridipinto. L’accumulo di vernice su ganci e supporti pendenti che trattengono gli oggetti da verniciare può comportarsi da strato

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isolante e bloccare il flusso di corrente che mantiene a terra i pezzi. Un’attenta pulizia è quindi necessaria per mantenere un buon contatto con la terra tra le parti e il convogliatore. L’applicazione elettrostatica non è altrettanto efficiente nel verniciare cavità rispetto alle applicazioni non elettrostatiche. Come detto in precedenza infatti le gocce cariche sono attratte dai bordi sottili, dagli spigoli e dai lati delle cavità e non penetrano in profondità. Per lo stesso motivo alle volte è necessario rimuovere eccessi di vernice su bordi e spigoli. L’atomizzazione può avvenire con diverse tecniche e cioè con quelle tradizionali ad aria compressa, airless e mista, l’equipaggiamento deve però essere specificatamente progettato per l’applicazione elettrostatica. Una volta atomizzate le particelle di vernice, attirate dalla superficie per forza elettrostatica, aderiscono fino a quando lo strato coprente non è completamente formato. Per l’applicazione di vernice in polvere si utilizzano due diversi tipi di pistole, quella a corona e quella tribo - elettrica. La pistola a corona produce particelle molto più cariche, inoltre permette di produrre uno strato uniforme più velocemente. La pistola tribo – elettrica permette una migliore penetrazione in aree caratterizzate da effetto gabbia di Faraday, qualora poi siano richiesti spessori consistenti è in grado di generare superfici particolarmente lisce. In generale da essa è possibile ottenere film superficiali dalle caratteristiche eccellenti. Tutto l’equipaggiamento e i materiali non immediatamente necessari per le operazioni di pittura dovrebbero essere posti al di fuori della cabina di verniciatura. Questi oggetti infatti possono accumulare overspray secco che in un secondo momento potrà depositarsi su superfici appena verniciate rovinando il lavoro appena fatto e rendendo necessaria una nuova verniciatura con conseguenti aumenti di costi e inquinamento. Per quanto riguarda il tema della sicurezza sarà importante l’utilizzo di mascherine atte ad evitare l’inalazione di overspray e vapori pericolosi. Possono essere inoltre necessari dispositivi di protezione acustica qualora i livelli sonori lo richiedano. Atomizzazione elettrostatica a rotazione L’atomizzazione a rotazione costituisce uno dei metodi di atomizzazione utilizzati nei processi elettrostatici di verniciatura. Il materiale verniciante è, con questa tecnica, atomizzato attraverso forza centrifuga, maggiore è la velocità di rotazione più fine è l’atomizzazione. Gli atomizzatori a rotazione sono costruiti in acciaio di alta qualità e si dividono in due tipologie: dischi e campane. I dischi sono sottili, relativamente piatti e rotondi. Il diametro dipende dalla velocità di rotazione: per basse velocità si attesta intorno a 25 – 66 cm, per alte velocità 13 – 20 cm. Gli atomizzatori a campana sono a forma di coni troncati, il diametro si aggira tra 2,5 – 13 cm. Questo sistema, grazie alla combinazione di una elevata velocità rotazionale e di un’alta carica elettrostatica (120 kV) permette un’atomizzazione molto fine della vernice e assicura un’eccellente qualità della finitura. In più, merito della minima turbolenza dell’aria prodotta, l’efficienza di trasferimento risulta essere molto elevata. In relazione alla velocità di rotazione si conoscono sistemi a bassa e alta velocità. I sistemi ad alta velocità (da 10000 a 60000 rpm) sono in grado di lavorare con vernici a base acquosa e ad alto solido con la stessa efficienza con la quale lavorano con vernici a solvente. Infatti la velocità di rotazione può essere aggiustata in relazione con la viscosità della vernice rendendo superflua l’aggiunta di solvente. Questa tecnica non è ottimale per parti con una geometria complessa. L’assenza di aria compressa o di un flusso forzato che spinga le gocce di vernice al bersaglio limita le capacità di verniciare all’interno di recessi. Nelle aree della superficie del pezzo caratterizzate dal fenomeno della gabbia di Faraday possono essere utilizzate le pistole tribo – elettriche con vernice in polvere per assicurare la migliore copertura; diversamente le aree caratterizzate da effetto Faraday non saranno protette e potranno arrugginire. Una volta che il fluido è stato atomizzato dall’alto voltaggio le gocce di vernice sono emesse a velocità da un disco o da una campana elettrostatica; da questi dispositivi dipendono molte caratteristiche specifiche del risultato finale. Le campane elettrostatiche possono essere montate verticalmente, orizzontalmente o secondo ogni angolo compreso. Possono essere montate su posizioni fisse, su robot o altre macchine a moto alternato operanti sia orizzontalmente che verticalmente. Gli atomizzatori a campana permettono di verniciare rapidamente larghe superfici con una finitura liscia e di alta qualità. Possono essere utilizzati per verniciare parti di differenti altezze selezionando il numero di campane. Sono utilizzate in una grande varietà di applicazioni, dalla verniciatura di recinti a quella di piccoli oggetti. L’efficienza di trasferimento è dell’85% e la produzione di overspray avviene in tutte le direzioni. I dischi elettrostatici sono montati orizzontalmente su un’asta verticale e una trasmissione rotazionale. Le parti da verniciare sono sospese da un convogliatore che è fatto ruotare intorno al disco.

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Il disco può verniciare, in una corsa, solo fino ad una determinata altezza che diventa quindi la variabile principale. Le parti da trattare infatti non possono essere mischiate insieme per tipo di colore con il quale saranno verniciate che non siano delle stesse dimensioni. Perché il processo sia conveniente sarebbe opportuno che le corse fossero lunghe e con minime variazioni di colore. In generale i dischi funzionano meglio con vernici a solvente rispetto alla vernice ad acqua. L’efficienza di trasferimento si attesta intorno all’85%. Applicazioni a rullo L’applicazione è effettuata attraverso rulli di gomma o di schiuma rotanti in grado di applicare la vernice sia su un solo lato che su entrambi. Lo spessore dell’applicazione può essere regolato attraverso la variazione di spazio tra i rulli, se però il pezzo si muove nella stessa direzione del rullo è possibile applicare strati esclusivamente di spessore superiore a 12 micron e devono essere utilizzati prodotti con una determinata viscosità. Questi limiti non sono invece presenti se la direzione del pezzo è contraria a quella del rullo. Questa tecnica di applicazione permette un’efficienza di trasferimento del prodotto verniciante del 90 – 100% ed è utilizzata con vernici ad alta viscosità e dunque normalmente a bassa concentrazione di solventi (es. plastisol) o solide al 100%. È un sistema molto utilizzato dall’industria di imballaggi metallici (es. lattine in alluminio di bevande) e nel coil coating. Verniciatura convenzionale per immersione I pezzi da trattare sono immersi manualmente o più spesso attraverso sistemi automatizzati in vasche riempite di prodotto verniciante. Questa tecnica è utilizzabile per i sistemi di verniciatura con un solo componente. Tra i vantaggi ambientali si ricorda l’elevata efficienza di trasferimento (sovente intorno al 100%) che si accompagna altresì con la completa copertura del pezzo con lo strato verniciante anche se con geometrie complesse, alta possibilità di automazione e produttività. Benché non vi sia dispersione di solventi come nel caso della verniciatura a spruzzo una parte del solvente evapora dalla vasca in cui è stoccato e necessita dunque di aspirazione. Nel caso si utilizzino vernici all’acqua si possono formare schiume a causa di eventuali contaminazioni dai processi di pretrattamento. Benché infine sia tra le tecnologie economicamente più efficiente può determinare maggiore consumo di prodotto verniciante per gli spessori maggiori che si raggiungono rispetto alle verniciature a spruzzo. È largamente utilizzata nell’industria di produzione delle macchine agricole e relative attrezzature. Verniciatura per immersione a elettrodeposizione L’elettrodeposizione è un sistema di applicazione di vernice su metalli che si basa sull’attrazione elettrostatica di cariche di segno opposto. Il pezzo da trattare è immerso in un bagno di particelle di vernice cariche in soluzione acquosa ed al pezzo viene applicata una carica elettrostatica di segno opposto; le particelle di vernice, attratte da carica opposta, ricoprono completamente la superficie del pezzo con un film continuo fino allo spessore desiderato, facilmente regolabile tramite appropriata calibratura del voltaggio; a questo punto il film isola elettricamente il pezzo dando fine al processo. In relazione alla carica elettrica il processo può essere classificato come anodico o catodico: nel primo caso il pezzo è caricato positivamente mentre nel secondo negativamente. All’interno del bagno sono presenti resine, agenti leganti, solventi, agenti solubilizzatori e additivi. Le resine sono tenute unite dagli agenti leganti che contribuiscono a formare quindi lo spessore del film. I solventi, costituiti da acqua e da un co-solvente, contribuiscono a raggiungere il corretto spessore del film e una migliore solubilità, quest’ultima è influenzata anche dalla presenza di agenti solubilizzatori. Pigmenti e additivi rispettivamente donano colore e migliorano alcune caratteristiche quali la resistenza agli agenti atmosferici e all’ammaccamento. L’elettrodeposizione è molto sensibile al grado di pulizia del substrato che, se insufficiente, è la causa della maggior parte dei difetti normalmente riscontrati. Queste vernici sono applicate in immersione ed è necessario quindi mascherare le aree del pezzo che non devono subire elettrodeposizione. I pezzi possono inoltre essere assemblati prima del trattamento: grazie a questa tecnologia, che è in grado di ridurre al minimo le limitazioni date dall’effetto Faraday, è infatti possibile produrre un film uniforme anche su pezzi di geometria complessa. Sono eliminati difetti quali sgocciolatura e insaccatura. Il processo di elettrodeposizione è completamente automatizzato e permette un’elevata produttività. E’ necessario però avere una conoscenza tecnica approfondita del processo, inoltre la manutenzione dell’equipaggiamento è piuttosto sofisticata. A causa dell’estrema durezza del film deposto risulta alquanto difficoltoso smerigliare la superficie per poi rilavorarla. Inoltre una volta verniciato non è possibile ritrattare il pezzo con l’elettrodeposizione in quanto non è più in grado di condurre (a meno che non sia stato trattato con vernici apposite). Poiché il bagno di

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verniciatura è costituito da una soluzione acquosa sarà opportuno che il materiale che costituisce l’equipaggiamento non sia sensibile alla corrosione. La conversione da una elettrodeposizione di tipo anodico a quella catodica richiede non solo un’accurata, estensiva e complessa pulizia ma anche cambiamenti di equipaggiamento che possono necessitare di qualche mese di tempo per la loro installazione e regolazione, al contrario passare da un prodotto acrilico a uno epossidico richiede solo minime modifiche che possono essere portate a termine in qualche giorno. Poiché non è possibile cambiare rapidamente colore, è necessario dedicare ad ogni colore una linea di verniciatura e pertanto normalmente, per motivi economici e di spazio, non sono presenti quasi mai più di due linee. Questa tecnica è considerata efficiente ed economicamente conveniente quando si debbano trattare grandi volumi di pezzi di un unico colore. Nella sottostante tabella, in relazione ai diversi fattori di spesa, sono comparate quattro tecnologie di verniciatura con quella ad elettrodeposizione.

Fattore Vernici a base acquosa

Vernici ad alto solido

Vernici tradizionali a solvente Vernici in polvere Vernici a

elettrodeposizione

Spesa capitale Bassa Bassa Bassa Moderata Alta

Spesa di gestione/ costo del materiale

Moderata Moderata Moderata Alta Bassa

L’efficienza di trasferimento è maggiore del 95% e il consumo di materie prime e la produzione di rifiuti ridotta al minimo, sia in quanto è possibile progettare un sistema chiuso, sia grazie alla limitata necessità di pulizia. Attraverso un sistema di risciacquo inverso a cascata ed ultrafiltrazione è infatti possibile processare la vernice non depositato sul pezzo separandola dall’acqua demineralizzata (che può anch’essa essere riutilizzata). Nelle acque di scarico sono presenti concentrazioni basse di carico organico (B.O.D., C.O.D.). Necessita dunque di grandi spazi ed è significativamente energivoro, d’altra parte è caratterizzato da un’alta efficienza di trasferimento, un preciso controllo della formazione del film, una limitata necessità di manodopera e di manutenzione. Tunnel di verniciatura ad allagamento I pezzi sono trasportati in modo automatizzato all’interno di un tunnel che viene quindi chiuso in modo ermetico. Grazie a tubi iniettori il tunnel è completamente riempito di vernice. Il prodotto verniciante rimasto è raccolto e riutilizzato. L’effficienza di trasferimento è del 95 – 99%, rispetto alla verniciatura per immersione però le perdite per evaporazione sono maggiori. Questa tecnologia è utilizzata per pezzi di notevoli dimensioni in particolare nell’industria delle macchine agricole e automobilistica. Altre tecniche applicabili alla verniciatura Sistemi di miscelazione avanzati Esistono sistemi di miscelazione per vernici (ma anche inchiostri o adesivi) che controllati da avanzati software sono in grado di ridurre la produzione di rifiuti, l’utilizzo di solventi per la diluizione o per la pulizia del miscelatore. Questi sistemi sono infatti dotati di sensori, quali ad esempio il fotospettrometro, in grado di permettere una perfetta miscelazione tra vernici di colori differenti (per esempio per produrre un determinato colore), tra vernice e solvente (per ottenere una corretta densità) (etc.) ed evitare dunque tutta una serie di errori comuni nella miscelazione manuale. Tali sistemi sono sovente sono utilizzati al fine di riutilizzare al meglio vernici (o inchiostri) recuperate per generare un prodotto di differente tonalità e/o fluidità. Riutilizzo di vernici Vernici a base acquosa o solvente rimaste da precedenti applicazioni possono essere riutilizzate se non diluite troppo o inquinate da agenti pulenti (qualora questo non sia il solvente utilizzato per la diluizione). Per evitare la contaminazione è necessario svuotare le macchine e i serbatoi che contengono la vernice prima possibile e poi iniziare la pulizia. Questo sistema è utilizzabile laddove ci si avvalga di colori standard ovvero dove siano presenti sistemi di miscelazione avanzati che siano in grado di miscelare le vernici recuperate in modo da raggiungere il colore predefinito.

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Recupero di vernice (o inchiostro) e suo riutilizzo Nella verniciatura per elettro-immersione è possibile recuperare i residui di vernice rimasti e attraverso ultrafiltrazione separare acqua demineralizzata da una parte, che potrà essere recuperata con diverse modalità, e vernice dall’altra. Nel caso in cui siano recuperate le morchie di verniciatura secondo linee che utilizzano il medesimo colore allora la vernice recuperata potrà essere utilizzata per rigenerare altra vernice di quel medesimo colore. Se invece le morchie sono provenienti dalle tutte le attività di applicazione (quindi verosimilmente con diversi colori) le vernici potranno essere utilizzate come additivo per vernici nere. Allo stato attuale questa tecnologia è utilizzata sovente nell’industria automobilistica per i primer. Sistema di pompaggio diretto dallo stoccaggio all’applicazione Questo sistema prevede l’invio diretto della vernice dall’area di stoccaggio agli impianti di applicazione attraverso un sistema di pompaggio. Diversi sono i vantaggi che si possono ottenere tra cui:

• riduzione del rischio di perdite per sgocciolamento o decantazione nel trasferimento; • riduzione della necessità di vasche scoperte e di conseguenza minore possibilità di contaminazione e

di emissioni diffuse; • maggiore possibilità di verificare l’ottimale funzionamento del sistema attraverso flussometri; • minore necessità di serbatoi/vasche di contenimento della vernice, minore necessità di pulizia.

Questa tecnologia è altresì applicabile per i solventi che dai serbatoi di stoccaggio sono miscelati alle vernici direttamente nell’impianto di miscelazione e applicazione. Gli impianti, soprattutto in quest’ultimo caso devono essere accuratamente ispezionabili e ispezionati al fine di ridurre le probabilità di inquinamenti del suolo. Si tratta di una tecnologia diffusa nell’industria automobilistica. Possono aumentare i consumi energetici. Batch painting Si tratta di una tecnica diffusa perlopiù negli impianti di verniciatura di autocarri e veicoli commerciali. Prevede l’utilizzo di un gruppo di vernici di determinati colori standard (da 1 a 5-6 diversi) utilizzate per una serie di prodotti che devono essere trattati con lo stesso colore. In questo modo si riduce fortemente la necessità di pulizia di vasche, serbatoi, tubazioni, sistemi di applicazione che altrimenti dovrebbero essere puliti ad ogni cambio di colore con conseguente consumo di solventi e generazione di rifiuti. Le maggiori difficoltà legate a questo sistema sono quelle di gestire i programmi di produzione, è necessario inoltre avere sufficiente spazio per i diversi prodotti. Pig clearing Attraverso questa tecnologia un modulo in plastica (pig) spinge lungo le tubazioni la vernice che verrà utilizzata nel processo di verniciatura. Il modulo è spinto da solvente. Una minima parte della vernice rimane nella tubazione dopo il passaggio del pig e viene solubilizzata dal solvente, il quale una volta uscito è recuperato e riutilizzato. Questo sistema permette di utilizzare un minore quantitativo di agenti pulenti e sono ridotti i consumi di solvente e vernici. Non è applicabile con prodotti a bassa viscosità. È utilizzato negli impianti di verniciatura di autoveicoli. Utilizzo di materiale pre-verniciato (coil coating) L’utilizzo di semilavorati già verniciati permette di ridurre significativamente i pezzi da verniciare o elimina perfino tale necessità. Con il termine coil coating si indica uno dei sistemi più moderni e tecnologicamente più avanzati per la produzione in continuo di materiale decorativo e di rivestimento uniforme di alta qualità. Il prodotto che ne risulta è composto da un supporto metallico e da un uniforme rivestimento organico applicato in continuo sotto forma liquida o di polvere o in forma di pellicola incollata (film in pvc o simili). Questo insieme, prodotto sotto forma di bobina o coil può essere fabbricato in grande varietà di tipi e può trovare una infinità di applicazioni. Da un punto di vista ambientale la verniciatura di lastre laminari in impianti di trattamento sovente di notevoli dimensioni permettono di utilizzare tecnologie molto più raffinate e ambientalmente compatibili se comparate con i sistemi normalmente utilizzati nelle aziende dove si effettua la finitura (tecniche a spruzzo) riducendo così le emissioni di COV, e migliorando l’efficienza nell’utilizzo di sostanze pericolose, energetica, di produzione di rifiuti.

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PROCESSO DI SGRASSAGGIO / LAVAGGIO INDUSTRIALE

Tecnica: Prodotti per lo sgrassaggio / lavaggio industriale a minor impatto ambientale Soluzioni semi-acquose Le soluzioni semi-acquose sono miscele semistabili di acqua e altre specie chimiche di origine naturale o sintetica (solventi, tensioattivi, inibitori della corrosione e altri additivi). In relazione alle sostanze presenti nella miscela si possono avere soluzioni bifase con composti non miscibili in acqua (terpeni, esteri ad alto peso molecolare, idrocarburi distillati del petrolio, glicoeteri) o soluzioni omogenee con prodotti miscibili (alcol a basso peso molecolare, chetoni, esteri, ammine organiche). La caratteristica chimica della miscela influenza la scelta del solvente utilizzato per il risciacquo del residuo lasciato dall’emulsione stessa: normalmente è utilizzata acqua o alcol. Il residuo può essere eventualmente anche lasciato come film protettivo. Le miscele semi acquose sono utilizzate spesso in processi a ciclo semichiuso o chiuso in cui la soluzione è depurata e riutilizzata. Nel primo caso si ha un riciclo del liquido utilizzato per il risciacquo caratterizzato normalmente da un basso grado di contaminazione, un’altra possibilità è invece quella di riciclare sia nella fase di lavaggio che in quella di risciacquo la fase solvente, opportunamente separate da quella acquosa che viene scaricata. L’opzione di un sistema semichiuso è in genere suggerita dalla scelta di contenere i consumi, e quindi i costi, di solvente, soprattutto nel caso in cui tale sostanza sia utilizzata nella fase di risciacquo e sia quindi caratterizzata da limitati livelli di contaminazione. Nei sistemi chiusi, successivamente alla separazione e all’allontanamento delle contaminazioni rimosse dai pezzi lavati, sono riciclate sia la fase acquosa che quella solvente provenienti dal lavaggio e dal risciacquo permettendo quindi, oltre che una riduzione dei consumi anche una significativa riduzione dei volumi di acqua da trattare/scaricare. Le miscele semi acquose risultano molto efficaci per la rimozione di pezzi con pesanti carichi di sporco costituito da oli, grassi, resine e residui di lavorazione mentre non sono adatte alla rimozione di ruggine. Penetrano in spazi molto ristretti grazie alla limitata tensione superficiale. Generalmente hanno un basso potenziale di corrosione nei confronti di metalli sensibili all’acqua. Le soluzioni semi acquose possono essere utilizzate in molti diversi processi di pulizia, dai tradizionali sistemi in immersione, al lavaggio a vapore, ai getti a bassa ed alta pressione, lavatrici automatiche ed integrate, sistemi ad ultrasuoni e megasuoni. L’utilizzo di miscele semi acquose permette di ridurre significativamente l’utilizzo di solventi il cui consumo dipenderà principalmente da due fattori: la concentrazione di questi nella miscela e la presenza di un sistema di separazione e riciclo. Una minore concentrazione di solvente nella miscela non ha ricadute solamente sui consumi di questi ultimi ma anche, elemento non trascurabile, sulle condizioni di sicurezza del luogo di lavoro. Alcune miscele semi acquose concentrate sono infatti infiammabili a temperatura ambiente, e ciò influenza pesantemente la scelta delle tecnologie di impiego (ad esempio alcune miscele infiammabili non possono essere utilizzate in sistemi a getto ad alta pressione o ancora non tutte le lavatrici automatiche sono progettate per lavorare con sostanze infiammabili), nonché il numero e la gravità dei requisiti di sicurezza antincendio a cui è necessario ottemperare. Sono inoltre innalzate le probabilità di incidenti rilevanti. Ridurre la concentrazione di solventi nella miscela può inoltre minimizzare altri aspetti negativi tipici dell’utilizzo di solventi quali gli odori (che possono essere fonte di disturbo anche per il vicinato) nonché il contatto e l’inalazione di sostanze spesso dannose per la salute dei lavoratori e per l’ambiente. Alcuni solventi o sostanze organiche utilizzate nelle miscele semi acquose hanno effetti particolarmente dannosi sulla salute umana (cancerogene, mutagene, dannose per il sistema riproduttivo): per questo motivo sarebbe opportuno evitare accuratamente e completamente l’utilizzo di tali sostanze a meno di un loro utilizzo in sistemi completamente ermetici. Un sistema di separazione, depurazione e riutilizzo delle emulsioni permette di ridurre fortemente i consumi di solventi e soprattutto i quantitativi di rifiuti da smaltire. Nel caso specifico delle soluzioni semi acquose poi, è possibile il riutilizzo della fase acquosa grazie alla quale sono ridotti non solo i consumi idrici ma anche i volumi da depurare e scaricare. Il maggior beneficio apportato da queste soluzioni riguarda l’assenza di sostanze dannose per l’ozono (es. solventi alogenati). Le emissioni di COV possono essere limitate, oltre che, come visto in precedenza,

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riducendo al minimo i consumi di solventi che compongono la miscela, anche scegliendo specie chimiche a bassa volatilità o che abbiano una bassa reattività fotochimica. Ridurre la temperatura della miscela al minimo indispensabile compatibilmente con il grado di pulizia richiesto può essere poi un accorgimento gestionale in grado di ridurre la volatilità e quindi le emissioni di COV.

Soluzioni acquose L’azione pulente delle soluzioni acquose si basa sia su interazioni chimiche che fisiche. La composizione chimica di tali soluzioni è alquanto ampia comprendendo:

acqua pura (tal quale, filtrata o demineralizzata); soluzioni acquose neutre - si tratta di soluzioni acquose caratterizzate da pH neutro;

diversamente dall’acqua pura possono contenere tensioattivi, agenti chelanti, inibitori e altri additivi in grado di migliorarne le performance;

soluzioni acquose acide - le soluzioni acide sono miscele acquose con pH minore di 7 che possono contenere acidi inorganici (es. fluoridrico, solforico, nitrico, fosforico) o organici (es. acetico, ossalico, cresilico). Altri additivi presenti sono detergenti, agenti chelanti e piccole quantità di solventi miscibili in acqua. La scelta della composizione della soluzione acida dipende dalla natura del contaminante e del substrato da trattare;

soluzioni acquose basiche - con tale termine si indicano soluzioni acquose caratterizzate da pH maggiore di 7 e normalmente compreso tra i valori 10 - 14. All’interno di questa famiglia sono presenti soluzioni ioniche (anioniche o cationiche) e non ioniche. I livelli di pulizia raggiungibili sono elevati in particolare se avviene il risciacquo e la soluzione è opportunamente filtrata. Normalmente sono utilizzati additivi come emulsionanti, per mantenere dispersi oli e grassi in soluzione, e tensioattivi, agenti sequestranti e inibitori di corrosione (necessari per alcuni metalli come l’alluminio) per migliorarne le performance.

Variabili importanti che influenzano il risultato di pulizia ottenibile sono la composizione delle soluzioni, la concentrazione dei componenti, la temperatura e la presenza di sistemi di agitazione, ad ultrasuoni, ecc. In particolare i sistemi meccanici associati ai sistemi di lavaggio con soluzioni acquose diventano via via più importanti man mano che diminuisce il potere di attacco chimico delle soluzioni stesse: le soluzioni a più basso potere di pulizia, come l’acqua pura, sono utilizzate frequentemente in sistemi in cui sono sfruttate le caratteristiche fisiche del mezzo come il calore (sistemi a vapore), l’elevata energia cinetica (getti a bassa e alta pressione) o entrambi (ultrasuoni). Le soluzioni acquose possono essere utilizzate per la rimozione di moltissime tipologie di contaminanti sui più svariati materiali ma il loro impiego presuppone scelte oculate in base alla natura del contaminante, del materiale trattato e del grado di pulizia richiesto; sarà inoltre molto importante un attento controllo dei parametri di processo. La pulizia e lo sgrassaggio con soluzioni acquose può essere utilizzata in numerose applicazioni incluse alcune che, fino a poco tempo fa, erano considerate il dominio dei sistemi a solvente o a vapore. Attualmente esistono molti tipi differenti di soluzioni acquose disponibili: poiché solitamente l’acqua da sola non è un detergente completo in molti casi vengono aggiunti additivi che influenzano il potere di rimozione dello sporco. Si presentano di seguito le specifiche applicazioni possibili con le diverse tipologie di soluzioni acquose.

Acqua pura - L’acqua non contenente altri additivi o detergenti può essere efficacemente utilizzata per rimuovere refrigeranti a base acquosa, cloruri e altri contaminanti ionici di cui è ottimo solvente, grasso, polvere, sabbia e particolato in genere. L’acqua ad alta pressione può essere utilizzata per rimuovere scorie metalliche prodotte da fresatrici, denti di cane dalle carene delle barche, vernice da aeroplani, e per pulire tubazioni intasate.

Un limite applicativo dell’acqua può essere la variabilità, da zona a zona, di durezza e di altre caratteristiche chimiche, in alcuni casi potrà essere necessario procedere a demineralizzazione per evitare la comparsa di macchie e incrostazioni, in altri casi, come nel lavaggio di precisione, si procede spesso con deionizzazione e filtrazione spinta.

Soluzioni acquose neutre – Anche grazie alla presenza di tensioattivi che accrescono notevolmente la capacità bagnante, le soluzioni acquose neutre sono ottimali per la rimozione di cloruri ed altri sali, di cui sono ottimi solventi, e particolato sia organico che inorganico. Non sono invece idonee per l’impiego in sistemi ad immersione semplici in quanto sensibili a variazioni del carico contaminante e non sufficientemente aggressive da un punto di vista chimico. Frequente è il loro uso in abbinamento a sistemi a getto, vapore o ultrasuoni.

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Soluzioni acquose acide - Le applicazioni sono alquanto varie, essendo le soluzioni acide utilizzate comunemente per rimuovere incrostazioni, ruggine e altri ossidi di metalli ed essendosi dimostrate efficienti anche con sostanze organiche (eccellenti con composti pigmentati). Le soluzioni acide non sono invece molto efficienti in caso di contaminazione dei pezzi con oli, grassi e colofonia.

Altre applicazioni riguardano la rimozione di scorie di fresatura, saldatura e trattamento a caldo, smaltatura di porcellane, stagnatura, zincatura e altri metalli elettrodeposti, incrostazioni calcitiche, prodotti di reazione tra acqua e contaminanti e particolari proteine.

Le soluzioni acide possono essere utilizzate anche per la sverniciatura, questo tipo di utilizzazione è d’altra parte meno comune rispetto all’utilizzo di soluzioni alcaline in quanto alcuni metalli possono essere intaccati e indeboliti (fragilità da idrogeno) ed è inoltre spesso necessaria la neutralizzazione del pH. Il problema della fragilità da idrogeno può essere evitato da un’accurata scelta dell’acido e del trattamento (es. trattamento a caldo).

I limiti di questo tipo di soluzioni derivano soprattutto dagli effetti negativi che possono avere su alcuni metalli. Per esempio soluzioni acide contenenti cloruri macchiano tutti gli acciai inossidabili e rovinano il magnesio, alcuni tipi di acciai inossidabili possono dissolversi a contatto con acido solforico caldo o acido cloridrico.

Soluzioni acquose basiche - Sono, tra le soluzioni acquose, quelle più utilizzate. Sono infatti in grado di rimuovere grassi, oli da taglio e lubrificanti, alcune vernici a base acquosa, liquidi refrigeranti, ditate, cosmolene, vaselina, cere, particelle oleose, sporco di officina, sali, ruggine e incrostazioni, e ancora inchiostri e prodotti per la pulizia e la lucidatura. Le soluzioni alcaline sono state usate con successo nella pulizia di ferro e acciaio inossidabile e dolce. La corrosione della placcatura può rappresentare però un problema per alcuni materiali.

In alcuni casi si è notata un’influenza negativa sulla sensibilità di alcuni metalli alle soluzioni alcaline in presenza di agenti chelanti o sequestranti. Il piombo, per esempio, risulta particolarmente sensibile a soluzioni alcaline calde in particolare quelle contenenti cloruri o agenti sequestranti, il titanio non è normalmente sensibile a soluzioni fortemente alcaline a meno che non siano presenti agenti chelanti. In molti casi comunque il problema può essere risolto attraverso l’utilizzo di inibitori.

Diversi sono i materiali sensibili in particolari condizioni che necessitano di specifici inibitori della corrosione:

l’allumino e lo stagno sono sensibili alle soluzioni ad alta attività alcalina, è necessario in questi casi far uso di inibitori della corrosione come il silicato di sodio;

l’ottone è reso opaco da soluzioni fortemente alcaline, anche in questo caso sarà utile ricorrere a inibitori;

il magnesio è molto sensibile a quasi tutte le soluzioni acquose (acide, basiche, neutre) con l’esclusione di quelle con pH maggiore a 10,6. Negli altri casi è possibile ricorrere a inibitori quali il silicato acido.

Le soluzioni alcaline possono lavorare entro un intervallo molto ampio di temperatura; ad elevate temperature sono spesso utilizzate in processi di sverniciatura (stripping chimico). Sono utilizzate in particolare per rimuovere rivestimenti facilmente saponificabili quali quelli ureici, alchilici o nitrocellulosici da substrati quali acciaio, rame e magnesio. La soluzione presente nelle vasche (hot tanks) è mantenuta in agitazione per velocizzare il processo che comunque non è particolarmente veloce. Questa tecnica di sverniciatura non è applicabile a tutti i metalli e può necessitare di ventilazione addizionale.

Le soluzioni acquose possono essere utilizzate in molti diversi processi di pulizia, dai tradizionali sistemi in immersione, al lavaggio a vapore, ai getti a bassa ed alta pressione, lavatrici automatiche ed integrate, sistemi ad ultrasuoni e megasuoni. Nel caso in cui nelle soluzioni acquose siano presenti sostanze schiumogene occorre evitare il ricorso a sistemi di agitazione. Generalmente le soluzioni non ioniche sono preferite nei sistemi spray, ad agitazione o ad ultrasuoni in quanto producono meno schiuma; anche le soluzioni a bassa alcalinità, riducendo la saponificazione, danno origine ad una minore produzione di schiuma nel caso in cui i contaminanti siano grassi (in questo caso soluzioni ad elevata alcalinità permettono inoltre di ottenere una più lunga vita del bagno di lavaggio). Come succede per tutte le soluzioni acquose può essere necessario una fase di risciacquo, ciò è vero soprattutto allorquando si utilizzino soluzioni ioniche (come le soluzioni basiche). Il risciacquo è necessario

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anche nel caso siano presenti nella soluzione acquosa inibitori di corrosione8 (utili per evitare corrosione e altri effetti negativi su metalli e altri materiali) che, se rimangono sul pezzo, possono interferire con i trattamenti successivi di verniciatura o placcatura. Al fine di evitare ossidazione o corrosione dei metalli in alcuni casi sarà necessario disporre di un sistema di essiccamento: i sistemi più comuni sono quelli ad aria forzata, a infrarossi e a rotazione centrifuga. Le soluzioni acquose non sono dannose per lo strato di ozono né contengono COV. La maggior parte delle soluzioni acquose non è considerata sostanza pericolosa né, una volta esausta, rifiuto pericoloso. In particolare l’utilizzo di acqua pura non prevede il consumo di alcuna sostanza pericolosa e non dà luogo ad emissioni atmosferiche (se non vapore acqueo). Gli acidi e gli alcali impiegati rispettivamente per la composizione delle soluzioni acquose acide e basiche sono invece sostanze corrosive ed irritanti (una volta prodotta la soluzione diluita, la pericolosità è drasticamente ridotta); occorre seguire idonei accorgimenti di manipolazione di acidi ed alcali concentrati e ricorrere a dispositivi atti ad impedirne il contatto con epidermide, occhi e vie respiratorie. La miscelazione di acqua o di una soluzione acquosa diluita con un acido è un’operazione da effettuare con estrema cautela in quanto innesca una reazione che può essere fortemente esotermica ed esplosiva. Una ulteriore preoccupazione in tema di sicurezza è legata al possibile contatto degli operatori con soluzioni acquose ad alta temperatura. Sarà inoltre opportuno prendere le dovute precauzioni in tema di pericolo di folgorazione per il contatto tra soluzione e prese e linee elettriche. Le soluzioni acquose non sono invece infiammabili. In molti casi, previa depurazione, è possibile gestire la soluzione esausta come scarico idrico invece che come rifiuto; molti componenti inorganici delle soluzioni acquose sono infatti poco o per nulla tossici; per quanto riguarda i tensioattivi, essi devono essere biodegradabili per legge per l’80 – 90%. Nella scelta dei componenti per la formulazione della soluzione acquosa sarebbe inoltre opportuno evitare di ricorrere a prodotti dannosi per l’ambiente acquatico quali ad esempio fenoli etossilati. Nel caso di scarichi liquidi derivanti da soluzioni acquose acide o basiche esauste può essere necessario un aggiustamento del pH prima dello scarico; la presenza di agenti chelanti può rendere difficoltosa la rimozione di metalli in soluzione. Le soluzioni acquose usate possono essere, in molti casi, depurate e riutilizzate, evitando così la generazione di scarichi liquidi e minimizzando il quantitativo di rifiuti (consistenti nelle sole contaminazioni rimosse ed allontanate dalla soluzione). Alcune soluzioni alcaline permettono una buona separazione tra fase acquosa e fase oleosa (contaminante), in questo caso è particolarmente consigliato e conveniente il riutilizzo della fase acquosa una volta separata. La presenza di un sistema chiuso di riciclo è in grado di ridurre sia i consumi idrici che il flusso di scarico liquido. I sistemi di essiccamento associati alle soluzioni acquose (necessari in alcuni casi per evitare fenomeni di corrosione dei metalli lavati) possono influire significativamente sui consumi energetici. L’utilizzo di soluzioni acquose ad alte temperature può consentire un riscaldamento del pezzo ad un punto tale da permetterne una essiccazione adeguatamente veloce senza l’ausilio di appositi sistemi; in questi casi comunque il consumo energetico non si evita ma si associa alla fase di lavaggio durante la quale avviene il riscaldamento. Nel caso in cui si utilizzino soluzioni acquose ad elevata temperatura è possibile recuperare parte del calore delle soluzioni:

• allorquando possano essere riutilizzate nel giro di breve tempo per un altro ciclo di lavaggio/sgrassaggio;

• preriscaldando l’acqua o l’aria per il riscaldamento degli ambienti di lavoro. La maggior parte dei sistemi di lavaggio a solvente può essere convertita piuttosto semplicemente (ovvero senza costi aggiuntivi) all’uso di soluzioni acquose; va valutata la convenienza di riutilizzare l’attrezzatura in dotazione in caso di presenza di elementi sensibili alla corrosione. Le soluzioni acquose normalmente non sono veloci ed efficienti come alcuni solventi e ciò si riflette sul livello di produttività. I sistemi che fanno uso di soluzioni acquose di solito necessitano inoltre di più spazio rispetto a quelli a solvente. A queste voci vanno però contrapposti i risparmi che si ottengono in termini di smaltimento rifiuti e di miglioramento delle condizioni dell’ambiente di lavoro. 8 Gli agenti inibitori più comuni sono costituiti da silicati o cromati.

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Tecnica: Tecniche a minore impatto per la pulizia/sgrassaggio e sverniciatura dei metalli Pulizia per immersione La pulizia per immersione è utilizzata per rimuovere contaminanti liquidi e solidi purché solubili nel bagno di immersione. Può essere considerata tra le tecniche più semplici concettualmente e più tradizionali. Essa consiste in una vasca contenente una soluzione (bagno) a temperatura ambiente la cui natura chimica può essere alquanto varia nella quale sono immersi i pezzi da trattare. La scelta della soluzione è funzione del tipo di contaminante che si vuole rimuovere, il processo si basa infatti sul potere solvente del bagno d’immersione. Il processo può essere gestito con o senza l’ausilio di automatismi. Tra i sistema di pulizia quello con soluzioni acquose è il meno aggressivo, non è però raccomandato come processo di lavaggio per livelli di pulizia molto elevati di cui è sovente fase preliminare. Esistono peraltro sistemi di pulizia ad immersione più complessi che raggiungono standard di efficienza maggiore attraverso l’integrazione di sistemi di agitazione e/o riscaldamento il cui scopo è migliorare il potere solvente della soluzione; quelli più frequentemente utilizzati a tale scopo sono gli ultrasuoni, megasuoni, spray in immersione o diffusori sommersi. Gli elementi di riscaldamento possono essere sommersi o esterni alla vasca. La natura del bagno di immersione può essere alquanto varia a seconda del tipo di contaminante da dissolvere, si spazia quindi dall’acqua pura alle soluzioni acquose (acide, basiche, etc.), semi acquose fino alle miscele di solventi. Tra i limiti di questo sistema ricordiamo che il liquido del bagno tende a sporcarsi molto velocemente, in particolare in presenza di elevati carichi di contaminante, per questo sistemi di separazione e filtrazione potranno essere utili. Uno stadio di prelavaggio allunga la vita del bagno di immersione. Nel caso siano utilizzate soluzioni acquose o semi acquose contenenti detergenti in vasche con sistemi di agitazione sarà opportuno provvedere ad aggiungere nel bagno additivi anti schiuma. Gli impatti ambientali legati a questa tecnologia dipendono da tre fattori e cioè:

• natura chimica della soluzione solvente utilizzata; • presenza di sistemi di riscaldamento e/o agitazione del bagno di immersione; • sistema di depurazione e riutilizzo della soluzione solvente.

La tipologia di soluzione solvente influenza: • la natura e la pericolosità delle emissioni atmosferiche convogliate e diffuse; • la pericolosità dei rifiuti prodotti; • la necessità e la tipologia degli appropriati sistemi di aspirazione e abbattimento; • i requisiti di prevenzione antincendio e delle emergenze e di salubrità degli ambienti di lavoro; • i consumi idrici; • la necessità di un sistema di essiccamento; • la necessità di trattamenti per lo scarico dei reflui in fognatura; • i requisiti dei trasportatori e smaltitori di rifiuti.

La presenza di sistemi integrati di riscaldamento e/o agitazione possono influenzare significativamente i consumi energetici. Inoltre la presenza di tali sistemi, aumentando significativamente l’efficienza del processo, è in grado di permettere, sovente, la sostituzione di miscele di solventi con soluzioni semi acquose o acquose. Dalla presenza di un sistema di depurazione della soluzione contaminata e di riutilizzo della stessa dipende:

• la quantità di rifiuti prodotti; • il consumo di materia prima (solventi, acqua, acidi, additivi, alcali, etc.).

I requisiti di sicurezza a cui l’azienda deve ottemperare dipendono dalla natura e dalla pericolosità della soluzione che costituisce il bagno di immersione. Macchine lavatrici automatiche Le macchine lavatrici automatiche sono utilizzate per rimuovere oli e detriti dai pezzi da trattare, esse rappresentano una valida alternativa alla pulizia per immersione.

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Olio e detrito sono rimossi dai pezzi nel passaggio lungo una serie di camere nelle quali sono spruzzate soluzioni pulenti e risciacquanti a differenti concentrazioni. Questo tipo di tecnologia è facile da istallare e gestire, non necessità di particolari capacità né di molta attenzione da parte dell’operatore e raggiunge standard elevati di pulizia soprattutto in presenza di un alto grado di automatismo. La forza del getto, i lavaggi ripetuti, un maggior contatto con il pezzo da trattare permettono infatti di migliorarne l’efficienza rispetto a sistemi convenzionali utilizzando soluzioni acquose o semi acquose in sostituzione all’uso di solventi organici. Nell’ultimo comparto può essere presente un sistema di essiccazione necessario ad asciugare i pezzi trattati con soluzioni acquose. Le diverse soluzioni per la pulizia possono essere raccolte, in modo differenziato, in serbatoi separatori dove avviene la depurazione dei liquidi contaminati (es. filtrazione, disoleatura). Esiste la possibilità di personalizzare, a secondo delle esigenze dell’azienda, i dispositivi a servizio della tecnologia quali filtri, separatori olio-acqua, ispessitori di fango. La soluzione può essere così riutilizzata più volte salvo operazioni di rabbocco necessarie a compensare piccole perdite dovute ad evaporazione o separazione. Se l’efficienza di pulizia di questo tipo di tecnologia è comparabile a sistemi convenzionali, l’elevato grado di automatismo, sia nella fase di lavaggio che di depurazione e riutilizzo delle soluzioni, permette invece notevoli vantaggi ambientali ed economici. L’utilizzo di soluzioni acquose o semi acquose in sostituzione di sostanze classificate come pericolose (molti solventi sono infiammabili, cancerogeni, etc.):

• riduce i requisiti e i costi per la sicurezza (es. prevenzione di incendi, sorveglianza sanitaria, aspirazioni, etc.);

• riduce la quantità e i costi dello smaltimento dei rifiuti pericolosi prodotti; Questo sistema, può, d’altra parte, comportare un aumento di consumi idrici, e la necessità di trattamento dei reflui prima della immissione in rete fognaria qualora vengano gestiti come scarichi idrici. La presenza di sistemi di depurazione e riutilizzo riduce fortemente il consumo di prodotti chimici (acqua, acidi o basi, additivi, etc.), di rifiuti e acque di scarico. In particolare la quantità di soluzioni-rifiuto sono molto basse se comparate a sistemi di pulizia tradizionali. Alcune nuove macchine non producono soluzioni di scarto, in questo caso sarà solo necessario aggiungere acqua per rimpiazzare quella evaporata nell’essiccatore. Da un punto di vista energetico la fase di essiccazione è quella maggiormente energivora. Le maggiori preoccupazioni relative alla sicurezza dei lavoratori, trattandosi di soluzioni acquose o emulsioni, saranno incentrate sulla presenza di sostanze pericolose organiche (additivi, solventi nel caso di soluzioni semi acquose, etc.) e inorganiche (acidi, basi). Macchine lavatrici integrate Questo tipo di tecnologia può utilizzare sia soluzioni acquose o semi acquose che solventi. Nel primo caso si potranno lavare con un’ottima efficienza pezzi che normalmente sarebbero trattati in vaporizzatori, bottali alcaline o attraverso pulizia manuale con utilizzo di miscele acquose. L’elevata pressione dei getti d’acqua (fino a 12 atm) e l’elevata temperatura (fino a 115 °C) permettono di rimuovere oli, grasso, incrostazioni in tempi variabili tra 1 e 30 minuti. Questo tipo di tecnologia è sicura, previa scelta opportuna del detergente, per metalli, plastiche, etc. Può essere inoltre utilizzata per la rimozione di trucioli e sbavature di pezzi metallici. Per quanto riguarda il secondo caso all’aggressione fisica (getti a pressione, ultrasuoni, megasuoni, etc.) sono aggiunte le potenzialità di attacco chimico dei solventi, le applicazioni sono quindi innumerevoli e dipendono dalla miscela di solvente utilizzato e dalle singole tecnologie integrate (es. ultrasuoni, getti ad alta pressione, etc.). Una fase delicata è rappresentata dal disseccamento dei pezzi durante il quale possono formarsi macchie se la risciacquatura non viene effettuata correttamente o se la soluzione di risciacquo contiene un’elevata concentrazione di solidi sospesi. Un limite tipico di questa tecnologia è che alcune parti come i sensori elettronici possono essere danneggiati per le forti pressioni e le alte temperature. La dimensione del pezzo da trattare è il principale vincolo da prendere in considerazione. Altri vantaggi legati a questa tecnologia sono:

• maggiore efficienza di pulizia rispetto a sistemi di pulizia manuali; • tempo di lavaggio ridotto; • fase di pulizia, risciacquo ed essiccamento nella stessa unità, necessitano quindi di meno spazio

rispetto a macchinari progettati per eseguire gli stessi processi in linea; • disponibilità di macchine lavatrici integrate portatili.

Con questo termine generico si intende un vasto gruppo di macchine per la pulizia contenute in un’unica unità. La tenuta ermetica della camera di processo assicura, insieme a dispositivi di allontanamento dei vapori, l’assenza di emissioni diffuse e standard di sicurezza adeguati che permettono l’utilizzo di solventi infiammabili. Comprendono tecniche di lavaggio automatizzato in umido come l’immersione, l'uso di vapore,

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getti in pressione, ultrasuoni, ecc. Queste varie tecniche possono essere applicate singolarmente o attraverso tecnologie complesse che le integrano assieme massimizzandone l’efficienza. Le macchine sono munite generalmente di cestelli rotanti che confinano e trattengono i pezzi. Le varie operazioni, dal lavaggio iniziale al risciacquo all’asciugatura, sono eseguite generalmente in un unico ciclo e nello stesso contenitore. Il sistema di depurazione/recupero del solvente permette di mantenere il massimo grado di purezza del liquido di lavaggio a contatto con la superficie dei pezzi. Il sistema è comunemente costituito da: un separatore d’acqua (per rimuovere l’umidità presente sui pezzi o introdotta con aria esterna ad ogni apertura del portello di carico); filtro (per la separazione dei contaminanti solidi); distillatore (per la separazione dei contaminanti solubili dalla soluzione solvente). Tali macchine possono essere personalizzate ed adattate allo specifico utilizzo in funzione del numero e delle dimensioni dei pezzi da trattare e, se integrate, possono richiedere un ingombro inferiore rispetto agli equivalenti sistemi funzionanti in serie, pur mantenendo dei costi di investimento comparabili. Queste apparecchiature sono concepite per lavorare con diversi tipi di prodotti lavanti, in funzione della natura dei pezzi e dei contaminanti da rimuovere quali: acqua, soluzioni acquose neutre, acide o alcaline, lattato di etile, acetone, distillati del petrolio, e altri chetoni, esteri, eteri, etc. L’impatto ambientale e quello sulla salubrità degli ambienti di lavoro e la salute degli operatori delle macchine lavatrici integrate dipende quasi esclusivamente dalla soluzione solvente utilizzata: soluzioni acquose, semiacquose o solventi. Nei primi due casi l’utilizzo di solventi è nullo o comunque ridotto al minimo, inoltre la presenza di un sistema di depurazione/riutilizzo permette di diminuire significativamente anche consumi idrici e scarichi/rifiuti. Gli impatti relativi a questi due primi casi possono essere assimilati a quelli visti per le macchine lavatrici automatiche nel precedente paragrafo. Nel terzo caso l’impatto relativo al consumo di sostanze pericolose per la salute e l’ambiente è mitigato da due fattori:

• la mancanza di emissioni diffuse dalla lavatrice elimina pressoché totalmente (le uniche emissioni si hanno con l’apertura del portello per il carico e l’estrazione dei pezzi) una fonte importante di inquinamento dal luogo di lavoro

• la presenza di un sistema di depurazione/riutilizzo dei solventi ne permette il recupero al 90% con una conseguente riduzione significativa dei consumi di sostanze pericolose e di produzione di rifiuti.

Il consumo energetico delle lavatrici integrate varia dipendentemente dalla presenza di sistemi integrati di lavaggio (getti ad alta pressione, megasuoni, etc.) e dalla presenza dell’essiccatore. Lavaggio con ultrasuoni I sistemi ad ultrasuoni permettono standard molto elevati di pulizia e una significativa riduzione dei tempi. Sono utilizzati per rimuovere particelle molto piccole così come grasso, oli e altri contaminanti anche da oggetti a geometria molto particolare, fessure e fori. Possono essere applicati su praticamente tutti i materiali comprese parti elettroniche. La natura dei bagni di immersioni nei quali sono posti i pezzi sottoposti a trattamento ultrasuoni è alquanto ampia comprendendo: acqua, soluzioni acquose neutre, acide e basiche, emulsioni e miscele solventi. La velocità del processo è regolabile, le vasche possono essere dimensionate per contenere parti di dimensioni diverse. La pulizia mediante ultrasuoni sfrutta l'energia generata da onde sonore (20 - 40 kHz) che creano bolle di cavitazione all'interno di un liquido. In corrispondenza delle zone di depressione la temperatura di ebollizione si riduce dando origine a migliaia di microscopiche bollicine di vapore che continuano a gonfiarsi fino a raggiungere dimensioni visibili (dell’ordine del millimetro). La vibrazione e il collasso di tali bolle, determinata dal fatto che la pressione interna è minore di quella del liquido, produce un'energica azione meccanica nelle immediate vicinanze (700 atm di pressione e temperature di circa 11000 °C) che risulta efficace per la rimozione di gran parte dei contaminanti possibili. Questo fenomeno, detto “cavitazione” dura qualche milionesimo di secondo e si ripete in continuo, esso è maggiore nei punti in cui si vengono a creare delle discontinuità (liquido-oggetto, liquido-aria). Intorno all’oggetto da lavare, circondato da migliaia di bollicine, si crea così una zona di cavitazione molto intensa. L’implosione delle bollicine esercita un martellamento a livello quasi molecolare che rimuove ogni impurità anche se trattenuta in fori o porosità della superficie. Un sistema ad ultrasuoni si compone di: una vasca, un generatore di ultrasuoni e un liquido detergente (acquoso o a base di solvente), cui possono essere aggiunti particolari additivi per aumentare il potere pulente. Per ogni soluzione/solvente impiegato esiste una temperatura operativa ottimale; le soluzioni acquose danno buone prestazioni nell’intervallo di 50-60 °C. Per generare nel liquido le vibrazioni ultrasoniche si usano delle unità radianti ermetiche, immerse nel liquido, contenenti dei trasduttori elettro-acustici che trasformano in vibrazioni acustiche, cioè meccaniche, le onde elettriche prodotte da un generatore ad alta frequenza. I migliori impianti a ultrasuoni possono essere

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forniti, a scelta con più frequenze di funzionamento. I sistemi ad ultrasuoni sono utilizzati sovente in sistemi di pulizia integrati, caratterizzati dalla presenza di più sistemi di pulizia (immersione, spray, etc.) o anche congiuntamente al risciacquo come trattamento finale. La pulizia avviene solo laddove il liquido raggiunge il pezzo da trattare, posizione, dimensioni e forma del pezzo influenzano quindi l’efficienza del processo. Sebbene infatti questa tecnologia offra ottimi risultati nella pulizia di fori e fessure, qualora questi non siano raggiunti dal liquido detergente (per esempio perché l’apertura del foro è schiacciata alla base della vasca) l’azione pulente sarà nulla. Un altro problema che si può presentare è che le onde sonore non riescano a raggiungere, perché schermate o attutite, il pezzo. Per questo motivo nel caso in cui sia necessario trattare grossi volumi di pezzi di limitate dimensioni sarebbe opportuno farlo poco per volta con brevi cicli, infatti in questi casi le onde sonore potrebbero essere fermate dai primi strati di pezzi con la conseguente non omogeneità del grado di pulizia dell’intero lotto. La tendenza di oli densi e grassi di assorbire l’energia ultrasonica può limitare la loro rimozione. Questa tecnologia può causare erosione dei materiali, si possono inoltre verificare danni generati da fenomeni di risonanza su parti particolarmente fragili. L'erosione dipende da diversi fattori: temperatura del bagno, tipo di solvente, durezza del materiale, finitura della superficie, tempo del trattamento ad ultrasuoni. Altri limiti che possono essere incontrati con l’utilizzo di questa tecnologia sono accennati nel seguente elenco:

• l’energia associata agli ultrasuoni provoca un innalzamento della temperatura della soluzione detergente per cui sono necessari termostati e sistemi di raffreddamento per mantenere la temperatura in un intervallo definito. La temperatura infatti non dovrebbe avvicinarsi troppo al punto di ebollizione del liquido detergente, pena una riduzione dell’efficienza di cavitazione;

• È necessario testare le diverse combinazioni di concentrazione della soluzione e frequenza ultrasonica al fine di ottenere quella maggiormente efficiente;

• Per quanto riguarda i componenti elettronici è preferibile utilizzare frequenze più alte per una pulizia più delicata e meno impattante.

• Nel caso siano aggiunti additivi chimici (in particolare tensioattivi) è necessario sia predisposto un sistema per la limitazione e il controllo della produzione di schiuma

L’efficienza e la velocità del processo di pulizia con ultrasuoni permette di utilizzare soluzioni acquose o semiacquose eliminando quindi la necessità di ricorrere a solventi. I maggiori impatti ambientali dipendono quindi dalla natura del bagno di immersione e dalla presenza di un sistema di depurazione e riutilizzo che riduca i consumi idrici e i quantitativi di reflui prodotti. Gli impatti ambientali legati a questa tecnologia dipendono da due fattori e cioè: 1. natura chimica della soluzione solvente utilizzata; 2. sistema di depurazione e riutilizzo della soluzione solvente. La tipologia di soluzione solvente influenza:

• la natura e la pericolosità delle emissioni atmosferiche convogliate e diffuse; • la pericolosità dei rifiuti prodotti; • la necessità e la tipologia degli appropriati sistemi di aspirazione e abbattimento; • i requisiti di prevenzione antincendio e delle emergenze e di salubrità degli ambienti di lavoro; • i consumi idrici (nel caso siano utilizzate soluzioni acquose o semi acquose); • la necessità di un sistema di essiccamento; • la necessità di trattamenti per lo scarico dei reflui in fognatura; • i requisiti dei trasportatori e smaltitori di rifiuti.

È possibile che nelle acque reflue siano presenti metalli derivati da erosione delle superfici trattate nel processo, occorre analizzare i reflui prima di smaltirli in modo da indirizzarli al miglior trattamento. Dalla presenza di un sistema di depurazione della soluzione contaminata e di riutilizzo della stessa dipende:

• la quantità di rifiuti prodotti; • il consumo di materia prima (solventi, acqua, acidi, additivi, alcali, etc.).

I consumi energetici legati a questa tecnologia possono essere significativi, dipendono da diversi fattori tra cui: dimensioni, tipo di trasduttore, grado di pulizia richiesto, presenza di sistema di essiccamento, etc. Nei moderni impianti ad ultrasuoni i generatori sono dotati di una modulazione sinusoidale. Con tale accorgimento si sono notate rese di lavaggio uguali ad un impianto ad ultrasuoni non modulato di potenza quattro volte maggiore. Notevole è quindi il risparmio energetico. I requisiti di sicurezza a cui l’azienda deve ottemperare dipendono in larga misura dalla natura e dalla pericolosità della soluzione che costituisce il bagno di immersione. A questo si aggiunge il rumore, maggiore al decrescere delle frequenze, provocato da risonanze e subarmoniche della vasca di lavaggio. Esistono diversi accorgimenti costruttivi in grado di ridurre rumore e vibrazioni:

• costruzione delle pareti interne in acciaio inossidabile;

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• coibentazione termoacustica, sulle pareti e sul fondo della vasca, con pannelli di poliuretano espanso ad alta densità;

• costruzione delle pareti esterne e del bordo della vasca con pannelli di un materiale plastico (polipropilene, PVC);

• assenza, all’esterno della vasca, di parti metalliche collegate alle pareti interne della vasca. Poiché il rumore potrebbe essere elevato sarebbe necessario effettuare le dovute analisi al fine di dotarsi degli opportuni accorgimenti per la sicurezza dei lavoratori. Gli ultrasuoni a contatto con la pelle sono dannosi. Pulizia con megasuoni Il lavaggio attraverso megasuoni è utilizzato per la rimozione di particelle anche con diametro inferiore a 0,3 micron. Il trattamento a megasuoni varia da 10 a 30 minuti dipendentemente dal grado di contaminazione dei pezzi, dal livello di pulizia richiesto, dal tipo di soluzione solvente, etc. Il riscaldamento del bagno migliora l’efficienza del lavaggio. L’azione meccanica esercitata da onde sonore ad alta frequenza (700 – 1000 kHz) facilita la rimozione del particolato presente sui pezzi da trattare. Il lavaggio avviene in una vasca nella quale sono immersi i pezzi, il bagno di immersione può essere di varia natura, da acqua pura alle diverse soluzioni acquose e semi acquose fino a miscele solventi. Diversamente dagli ultrasuoni l’applicazione di megasuoni non implica la generazione del fenomeno della cavitazione in grado di danneggiare, in alcuni casi, i materiali sottoposti a trattamento, questo tipo di lavaggio è quindi indicato per il lavaggio di materiali o pezzi delicati sensibili agli ultrasuoni. L’assenza del fenomeno di cavitazione fa si che il lato dell’oggetto non rivolto verso il trasduttore non sia influenzato dalle onde sonore, l’orientamento dei pezzi rispetto alla sorgente di onde diviene quindi una variabile importante. Altre variabili fondamentali di questo processo sono il tempo di esposizione e la potenza delle onde sonore, all’aumentare di queste si riduce il tasso di rideposizione delle particelle. Il lavaggio a megasuoni è spesso utilizzato anche per migliorare l’efficienza dei detergenti. Gli impatti ambientali legati a questa tecnologia dipendono da due fattori e cioè:

1. natura chimica della soluzione solvente utilizzata; 2. sistema di depurazione e riutilizzo della soluzione solvente.

La tipologia di soluzione solvente influenza: • la natura e la pericolosità delle emissioni atmosferiche convogliate e diffuse; • la pericolosità dei rifiuti prodotti; • la necessità e la tipologia degli appropriati sistemi di aspirazione e abbattimento; • i requisiti di prevenzione antincendio e delle emergenze e di salubrità degli ambienti di lavoro; • i consumi idrici (nel caso siano utilizzate soluzioni acquose o semi acquose); • la necessità di un sistema di essiccamento; • la necessità di trattamenti per lo scarico dei reflui in fognatura; • i requisiti dei trasportatori e smaltitori di rifiuti.

Dalla presenza di un sistema di depurazione della soluzione contaminata e di riutilizzo della stessa dipende: • la quantità di rifiuti prodotti; • il consumo di materia prima (solventi, acqua, acidi, additivi, alcali, etc.).

I consumi energetici sono influenzati principalmente dal sistema di essiccamento se presente. Per quanto riguarda la sicurezza possono essere necessari dispositivi di protezione dal rumore. Processi abrasivi di pulizia I processi di pulizia meccanici si basano sulla capacità di particelle solide veicolate da aria (processi a secco) o acqua (processi ad umido) in pressione di asportare per abrasione contaminanti solidi o strati coprenti. La gamma di mezzi abrasivi è alquanto vasta comprendendo sfere o aghi metallici, particelle vetrose o plastiche, bicarbonato di sodio, ghiaccio, fiocchi di CO2, e ancora gusci di noci e arachidi, amido di grano, etc. Le tecniche di rimozione attraverso pulizia meccanica non fanno uso di solventi né in generale di sostanze pericolose se si escludono alcuni mezzi abrasivi polverulenti che possono essere infiammabili ed esplosivi (es. amido di grano). Questi sistemi possono funzionare a ciclo chiuso, è quindi possibile il riutilizzo del mezzo abrasivo; poiché però esso tende a usurarsi, il riciclo è possibile per un numero di volte (di solito 10-12 volte) che dipenderà dalla durezza del rivestimento da rimuovere e da quella del mezzo stesso. Sono utilizzati per rimuovere ruggine, scorie solide, ossidi superficiali, e per le operazioni di sverniciatura, e sono particolarmente indicati per i trattamenti di ampie superfici (es. sverniciatura di navi, aerei, etc.), non danno invece sempre risultati soddisfacenti nella rimozione di contaminanti liquidi.

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Rispetto ai processi a secco quelli ad umido (in cui il veicolo delle particelle abrasive è l'acqua) risultano più adatti alla pulizia di parti meno estese e più delicati. Tali processi risultano efficaci per rimuovere fini bavature di parti di precisione, piccoli segni, scaglie minute, imperfezioni da fresatura e saldatura. La gamma di mezzi abrasivi è alquanto vasta per dimensioni e natura chimica, la maggior parte dei mezzi abrasivi è insensibile a variazioni di temperatura e umidità. Il mezzo abrasivo è riciclabile, il trattamento di materiali o strati coprenti particolarmente duri può ridurre il numero dei trattamenti per i quali è utilizzato. I processi di stripping meccanico sono più veloci di quelli chimici, sono utilizzati inoltre per trattare materiali soggetti a sensibilità da idrogeno. Uno stripping efficiente necessita di più trattamenti piuttosto che di un continuo attacco in una sola area, operazione quest’ultima che potrebbe causare surriscaldamento e danneggiamento al substrato. La durata del trattamento dipende dalla durezza del rivestimento da asportare e dal suo spessore. Tra i limiti di queste tecnologie ricordiamo che esse non sono sempre consigliate per il trattamento di parti delicate o per lavori di precisione e che alcuni materiali possono andare incontro ad incrudimento della superficie. La qualità del risultato finale dipende inoltre dall’esperienza e dall’abilità degli addetti. Le variabili più importanti da prendere in considerazione che influenzano la praticabilità della pulizia con abrasivi per ogni applicazione sono: pressione, flusso del mezzo abrasivo, distanza dal getto, tipo di sporco da rimuovere, materiali di substrato e loro spessore, selezione del mezzo abrasivo e delle relative dimensioni, dimensioni dell’ugello del flusso, angolo di applicazione del flusso. La produzione di rifiuti è quindi di solito alquanto limitata comprendendo il rivestimento o contaminante rimosso e parte del mezzo abrasivo. La pericolosità dei rifiuti dipende da ciò che è stato rimosso mentre le emissioni atmosferiche sono caratterizzate dalla presenza di particelle fini che è possibile intrappolare in appositi filtri. Nel caso in cui si faccia uso di sistemi ad umido sistemi di separazione permetteranno il riciclo dell’acqua. Per quanto riguarda la sicurezza dei lavoratori le maggiori preoccupazioni riguardano la presenza negli ambienti di lavoro di particelle fini sospese che, se respirate, possono provocare danni al sistema respiratorio. Possono essere necessari dispositivi di protezione acustica. Abrasivi Plastici L’utilizzo di mezzi abrasivi plastici rimpiazza lo stripping chimico e l’utilizzo di sabbia nelle operazioni di sverniciatura e rimozione di contaminanti solidi. Esiste un’ampia varietà di abrasivi plastici ognuna con durezze diverse (da 3 fino a 7 nella scala di Mohs). Tra le principali tipologie di abrasivi plastici ricordiamo:

• Poliestere; • Melammina; • Acrilico; • Carbonato di glicol-poliallilico.

La possibilità di variare questo parametro permette una rimozione selettiva degli strati di rivestimento, sulla base della durezza dei vari strati e delle particelle utilizzate. Per questo gli abrasivi plastici sono particolarmente indicati per il trattamento di superfici delicate, in alluminio, ottone, rame, acciaio in strato sottile, titanio, fibra di vetro ma anche compositi e plastiche e per tutte le superfici per le quali non è possibile utilizzare lo stripping chimico. La pressione di applicazione varia da 1,4 a 2,7 atm. Non rimuove la corrosione. Gli abrasivi plastici possono essere riutilizzati più volte (di solito 10-12 volte) prima che si consumino diventando troppo piccoli per essere efficacemente utilizzati. Il recupero avviene attraverso un ciclone separatore, filtrazione dell’aria, setacciatura a vibrazione, e separazione magnetica. I rifiuti sono costituiti da parte del mezzo abrasivo e dalla vernice (o altro contaminante) rimossa, possono essere considerati pericolosi in particolare in presenza di metalli pesanti. Sarebbe inoltre importante evitare prodotti (es. formaldeide) ritenuti cancerogeni, mutageni, teratogeni o sospetti tali. Amido di grano L’amido di grano è simile nell’aspetto agli abrasivi plastici, è però caratterizzato da una minore durezza che lo rende efficace nella rimozione di diverse tipologie di strati (es. vernici) da grafite, fibra di vetro, e Kevlar senza rischio di danneggiamento del substrato. La pressione di applicazione è di solito minore a 2,3 atm. La pulizia con questo mezzo è molto controllabile tanto che è possibile rimuovere uno strato alla volta. Migliora l’efficienza con l’uso.

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Tra i limiti di questo mezzo ricordiamo che esso non permette tassi di rimozione particolarmente elevati, inoltre piccoli livelli di contaminazione di particelle più dense nel mezzo possono poi ritrovarsi su superfici ruvide del prodotto finito. Il recupero del mezzo abrasivo può necessitare di un sistema complesso. L’amido di grano è una risorsa rinnovabile, biodegradabile e non tossica. I rifiuti, stimati intorno al 5% del volume iniziale, possono essere trattati in un bioreattore con produzione di biogas (da utilizzare per il riscaldamento o attraverso cogenerazione anche per la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile). I contaminanti sono rimossi mediante filtrazione (per i residui solidi) mentre i metalli sono estratti tramite resine a scambio ionico. Per quanto riguarda la sicurezza è da notare che le polveri di amido di grano sono infiammabili ed esplosive, sarà quindi necessario ottemperare a tutti i requisiti richiesti in materia di prevenzione incendi. Schiume abrasive Esiste la possibilità di utilizzare come mezzo abrasivo schiume mischiate a sabbia o altro materiale abrasivo. La schiuma uretanica a base d’acqua è utilizzata per rimuovere contaminanti, vernice, strati protettivi e ruggine. È anche utilizzata per irruvidire metalli e cemento. Il materiale abrasivo ad essa mischiato include ossidi di alluminio, acciaio, plastica e granato. L’equipaggiamento consiste in due moduli trasportabili: l’unità di alimentazione della schiuma e quella di depurazione. Nella prima la schiuma è mischiata all’aria compressa che permette la propulsione. Variando la pressione e il tipo di schiuma è possibile regolare la forza abrasiva, ciò permette di rimuovere dalla fuliggine delle carte da parati agli strati ad alta protezione su cemento o acciaio. L’unità di depurazione serve a dividere dal mezzo abrasivo sia detriti di maggiori dimensioni che i residui polverulenti. La depurazione avviene grazie ad una serie di setacci automatici vibranti che dividono il mezzo abrasivo (che può essere immesso nell’unità di alimentazione e riutilizzato) e i diversi detriti (polvere di ruggine, vernice, etc.) che sono collocati in un contenitore per i rifiuti. Le schiume normalmente possono essere riutilizzate da 6 a 12 volte. Per quanto riguarda l’impatto ambientale e quello relativo alla sicurezza è da notare che si tratta di un mezzo abrasivo più salubre di altri in grado di ridurre la generazione di polvere. Bicarbonato di sodio L’utilizzo di bicarbonato di sodio è alternativo allo stripping chimico. È caratterizzato da un peso specifico maggiore rispetto alla maggior parte degli abrasivi plastici ma anche da una minore durezza. Può essere utilizzato sia in sistemi ad umido (più frequentemente) che a secco. Nei sistemi ad umido l’acqua, oltre a contribuire nella rimozione attraverso l’azione idraulica, elimina la formazione di polvere e raffredda la superficie del materiale che altrimenti si scalderebbe per il contatto con l’abrasivo ad alta pressione. La velocità di rimozione è normalmente minore rispetto ad altri sistemi di rimozione con abrasivo utilizzati, le superfici da trattare non necessitano solitamente di prelavaggio. Il bicarbonato di sodio non è riciclabile come mezzo abrasivo. La generazione di rifiuti o la necessità di gestire scarichi liquidi rappresentano i problemi ambientali di maggior rilievo. Per quanto riguarda i sistemi ad umido attraverso sedimentazione o filtrazione è possibile separare il residuo solido dall’acqua; in alcuni casi sono utilizzati sistemi di ultrafiltrazione che permettono di ridurre al massimo i quantitativi di rifiuti. L’acqua contenente bicarbonato di sodio può essere trattata in un impianto di trattamento per poi essere scaricata. L’utilizzo di bicarbonato di sodio in sistemi a secco può creare nuvole di polveri che necessitano di monitoraggio e di un contenimento. Il bicarbonato non è tossico, né infiammabile, nella polvere possono essere però presenti elementi tossici contenuti nelle vernici rimosse che dovranno essere rimosse e contenute. I rifiuti generati con questa tecnica saranno costituiti da polvere, vernice, grasso e altri residui, la pericolosità di tale rifiuto sarà funzione del tipo di strato coprente o contaminante rimosso. La presenza di polvere rappresenta il maggior rischio per gli addetti sia per l’apparato respiratorio che visivo, è quindi necessario adeguarsi propriamente. Pellets di CO2 Il trattamento avviene tramite il bombardamento con pezzi di ghiaccio secco (pellets) che sono sparati sulla superficie da getti d'aria o di altri gas; questa tecnologia costituisce un'alternativa alla sabbiatura e alla granigliatura benché non possa essere tecnicamente considerata un processo abrasivo. L’applicazione può essere manuale o automatizzata. I pellets di CO2 sono utilizzati per la pulizia di gomme, leghe metalliche, vetroresina, mattoni, plastiche e ceramiche di cui rimuovono vernice e altri strati coprenti, adesivi, sigillanti, ruggine, grasso ed olio. È una tecnica efficace nella pulizia di precisione. Non si ha danneggiamento della maggior parte dei materiali (a meno che non si tratti di superfici molto sottili) mentre è opportuno verificare

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la risposta allo shock termico dei materiali, l’utilizzo di pellets rende non necessario lo smontaggio delle parti da pulire nonché la pulizia dai residui del materiale abrasivo (come può accadere con la sabbia). Le dimensioni dei pellets, la velocità e il flusso sono variabili importanti che sarà utile regolare in modo da ottimizzare il processo per quanto riguarda l'efficacia di rimozione e il potenziale danneggiamento dei materiali. Questa tecnologia è stata utilizzata, congiuntamente ai trattamenti con lampada allo xenon, per la sverniciatura di lamiere di alluminio e materiali compositi. Il processo non genera CO2 ex novo, essa è infatti normalmente recuperata da altri processi industriali ed è inoltre riciclabile. I rifiuti prodotti nel processo constano esclusivamente del materiale rimosso in quanto i pellets sublimano. Per quanto riguarda la sicurezza si ricorda che i livelli di rumore possono essere elevati. È inoltre necessario prendere le dovute cautele per evitare che le scorie di vernice o altri contaminanti siano proiettati sugli addetti o nelle aree di lavoro. Fiocchi di CO2 Questa tecnica permette una pulizia meno aggressiva rispetto all’utilizzo dei pellets, è utilizzata per la rimozione ad elevatissimo livello di particelle e sottili strati di grasso (es. impronte di dita) a livelli microscopici (0,1 – 10 micron) da materiale delicato e sensibile senza che questi debbano essere disassemblati. Non è invece un processo indicato per pulire superfici che presentino eccessivi carichi di residuo e contaminanti, parimenti per quanto riguarda gli oli pesanti essi necessitano, per essere completamente rimossi, di una fase di prelavaggio. Alcuni fucili generatori di fiocchi sono progettati per trattare fori ciechi di piccole dimensioni (diametro minore di 0,6 cm). La dimensione e l’intensità di impatto dei fiocchi di CO2 è regolabile entro un ampio spettro. Uno dei limiti dell’utilizzo di CO2 può essere la necessità di purificarla, essa tende infatti a dissolvere i contaminanti all’interno dei contenitori in cui è stoccata. Il raffreddamento delle superfici, dovuto per esempio a pause lunghe, può causare la condensazione e deposizione delle impurità trasportate dall’aria sulle superfici pulite. L'equipaggiamento richiesto per questo tipo di tecnologia richiede: una sorgente di CO2 gassosa, un purificatore del gas (opzionale) e un fucile generatore di fiocchi di CO2 ghiacciata. Come sorgente di CO2

possono essere utilizzati i fumi di saldatura, purché opportunamente purificati. Il processo non genera CO2 ex novo, essa è infatti normalmente recuperata da altri processi industriali ed è inoltre riciclabile. I rifiuti prodotti nel processo constano esclusivamente del materiale rimosso che è concentrato laddove i fiocchi sublimano e può essere così più facilmente raccolto. Il processo non è infiammabile né tossico e non causa apparenti reazioni chimiche.

Tecnica: Spazzolatura La spazzolatura può avvenire sia manualmente che attraverso sistemi altamente automatizzati, è una tecnica efficace per la rimozione di scorie, ruggine, vernice, metalli in eccesso in seguito ad attività di saldatura, bavature ed altri materiali aderenti alla superficie da pulire. Altre applicazioni nelle quali ha trovato impiego sono la preparazione di superfici metalliche o in legno alla verniciatura nonché l’ultra-pulizia per la rimozione di particelle finissime (per strofinamento). Attraverso l’utilizzo di fibre o tessuti e con l’ausilio di creme a debole potere abrasivo è poi possibile lucidare superfici metalliche nude o verniciate. Questa tecnica non è adatta alla rimozione di contaminanti fluidi. Il processo si basa sull’azione meccanica indotta dallo strofinamento di spazzole sulla superficie da pulire. Le spazzole sono costituite da fili metallici, setole animali o materiali sintetici (fibre o tessuti) che possono essere eventualmente impregnate di polveri abrasive. Questo processo non comporta l’utilizzo di sostanze contenenti COV, le uniche emissioni atmosferiche presenti sono di natura polverulenta. I rifiuti prodotti sono alquanto ridotti limitandosi perlopiù ai contaminanti rimossi, dai quali dipende la pericolosità del rifiuto stesso, e alle parti abrasive consumate. I consumi energetici dipendono dal grado di automazione. Le polveri prodotte, in particolar modo le più fini, possono essere dannose per l’apparato respiratorio, è quindi opportuno dotare gli addetti delle adeguate protezioni.

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Tecnica: Getti ad alta pressione I getti ad alta pressione sono utilizzati per la pulizia sia di pezzi di precisione che di materiale grossolano, nonché per lo strippaggio meccanico di vernici e altri strati coprenti per i quali sono utilizzate pressioni molto alte, superiori anche a 680 atm. I livelli di pulizia che permette questa tecnica, ideale inoltre per la rimozione di residui in cavità cieche e fori occlusi, sono elevati. Dal livello di pulizia desiderato dipenderà l’efficienza del sistema filtrante. Tra i limiti dei getti ad alta pressione ricordiamo che è possibile si abbia una rideposizione del contaminante a causa del rimbalzo del getto liquido, inoltre nella soluzione dovrà essere accuratamente evitato qualsiasi agente schiumogeno. Alcuni sistemi di getti ad alta pressione utilizzati principalmente per la sverniciatura utilizzano pressioni che arrivano anche alle 3.700 atmosfere. In questo caso si usa solitamente acqua deionizzata, questa tecnica è in grado di rimuovere i rivestimenti strato per strato. Il sistema di depurazione dell’acqua ha in aggiunta un sistema di rimozione che permette la raccolta di metalli pesanti (es. rame o piombo), cloruri, solfati, nitrati, etc. Prima del riutilizzo è necessaria una nuova deionizzazione. I vantaggi legati a questa tecnica sono la riduzione del 90% della generazione di rifiuti pericolosi e del 50 % del tempo necessario allo stripping completo. Non sono inoltre solitamente necessari prelavaggi. Attraverso questa tecnica è possibile rimuovere uno strato alla volta. Può non rimuovere la corrosione. L’equipaggiamento relativo a questa tecnica di pulizia è costituito dal liquido pulente, una pompa ad alta pressione con filtro annesso, la parte finale rigida fornita di diversi ugelli intercambiabili e una vasca di accumulo. L’applicazione può avvenire sia manualmente che in modo automatizzato. La soluzione pulente comunemente utilizzata è acqua, alla quale è possibile aggiungere additivi, acidi o basi per migliorarne l’efficacia nella rimozione di particolari tipi di residui. La forza pulente dipende pressoché esclusivamente dalla forza del getto la cui pressione è di norma maggiore alle 34 atm per le operazioni di lavaggio/sgrassaggio mentre si attesta oltre le 1000 atm per le operazioni di sverniciatura, per questo la natura chimica del liquido ha un’importanza molto relativa. L'efficacia della tecnologia dipende dalla forza con cui il getto è inviato sulla superficie, la potenza è regolata dalla dimensione dell'ugello e dalla velocità del flusso, altre variabili importanti sono il tempo e l’angolo di applicazione del flusso, il tipo di ugello e la natura del liquido pulente. Questa tecnologia può essere utilizzata da sola o integrata ad altri sistemi. Trattandosi di un sistema a getto ad alta pressione il consumo idrico può risultare notevole, per questo sono predisposti sistemi di separazione dal contaminante e ricircolo della soluzione depurata. Il contaminante rimosso è poi smaltito come rifiuto. L’impatto ambientale dipende poi in larga parte dalla natura del liquido (acqua, soluzioni acide o basiche); la soluzione contaminata inoltre, eventualmente non più riciclabile, dovrà essere trattata prima dello scarico dipendentemente dal contaminante presente e dalla natura del liquido (nel caso di soluzioni acide o basiche potrebbero essere necessari aggiustamenti del pH). Per quanto riguarda la sicurezza, tre sono gli aspetti più importanti da prendere in considerazione:

• alcune sostanze chimiche divengono infiammabili ed esplosive quando spruzzate ad alta pressione; • un getto ad alta pressione può essere dannoso per gli operatori; • soluzioni acide o basiche possono essere irritanti e corrosive, alcuni additivi sono tossici.

Tecnica: Getti a bassa pressione I getti a bassa pressione sono comunemente utilizzati per rimuovere detriti già parzialmente intaccati, per sciogliere lo sporco e per il risciacquo. L’azione pulente è anche in questo caso dovuta sia (perlopiù) alla forza meccanica del getto che alla natura chimica del liquido pulente in grado di assicurare una migliore efficacia allorquando il contaminante sia solubile nella soluzione. Come nel caso dei getti ad alta pressione dovranno essere evitati additivi schiumogeni.

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Questo tecnica è spesso utilizzata in concomitanza con altri sistemi di pulizia (ultrasuoni, getti ad alta pressione), come in tutti i casi in cui si fa uso di soluzioni acquose può essere necessario un sistema di essiccamento dei pezzi. I getti a bassa pressione non sono in grado di rimuovere particelle strettamente adese alle superfici. In questo caso la pressione del liquido pulente varia tra 13 – 20 atm., l’applicazione può essere sia manuale che automatica. L’equipaggiamento comprende la soluzione liquida, la vasca di accumulo, la pompa con annesso filtro e una parte terminale rigida dotata di ugello. Come soluzione è possibile utilizzare acqua, soluzioni acquose (neutre, acide o basiche) o solventi. Altre variabili del sistema sono il tipo di ugello, il flusso e il tempo di applicazione. Come nel caso dei getti ad alta pressione, e a maggior ragione dato il possibile utilizzo di solventi, gli impatti ambientali di questa tecnologia dipenderanno dalla natura della soluzione utilizzata. Anche in questo caso inoltre la presenza di un sistema di depurazione e riutilizzo permetterà minori consumi di sostanze chimiche. Gli impatti sono quindi legati a questi due fattori:

• natura chimica della soluzione solvente utilizzata; • sistema di depurazione e riutilizzo della soluzione solvente.

La tipologia di soluzione solvente influenza: • la natura e la pericolosità delle emissioni atmosferiche convogliate e diffuse; • la pericolosità dei rifiuti prodotti; • la necessità e la tipologia degli appropriati sistemi di aspirazione e abbattimento; • i requisiti di prevenzione antincendio e delle emergenze e di salubrità degli ambienti di lavoro; • i consumi idrici; • la necessità di un sistema di essiccamento; • la necessità di trattamenti per lo scarico dei reflui in fognatura; • i requisiti dei trasportatori e smaltitori di rifiuti.

Dalla presenza di un sistema di depurazione della soluzione contaminata e di riutilizzo della stessa dipende: • la quantità di rifiuti prodotti; • il consumo di materia prima (solventi, acqua, acidi, additivi, alcali, etc.).

Per quanto riguarda la sicurezza, tre sono gli aspetti più importanti da prendere in considerazione: • alcune sostanze chimiche divengono infiammabili ed esplosive quando spruzzate ad alta pressione

(es. solventi); • soluzioni acide o basiche possono essere irritanti e corrosive, alcuni additivi sono tossici; • nel caso venga fatto uso di solventi sarà necessario ottemperare ai requisiti richiesti di sicurezza

degli operatori a causa delle significative emissioni che un sistema come questo produce. La pulizia attraverso getto a bassa pressione che utilizzi solventi puri è sconsigliata in sistemi che non sia automatizzati, chiusi e senza un sistema di depurazione – riutilizzo a causa del forte consumo di sostanze pericolose per l’ambiente, per la produzione di rifiuti pericolosi, per il forte impatto sulla salubrità degli ambienti di lavoro (il getto provoca infatti un consistente aumento della volatilità).

Tecnica: Lavaggio a vapore Lo sgrassaggio a vapore è una tecnica utilizzata per la rimozione di contaminanti solubili in acqua, oli pesanti, grassi, particolato e sporco resistente da parti meccaniche e dispositivi. Normalmente il lavaggio a vapore è effettuato con acqua, sono infatti calore e pressione del vapore i fattori determinanti del distacco e della rimozione del contaminante. Possono essere altresì aggiunti additivi quali detergenti alcalini, emulsionanti, inibitori della ruggine che migliorano l’efficacia pulente o conferiscono all’oggetto proprietà utili (es. resistenza alla formazione di ruggine). Questa tecnica è, di solito, applicata manualmente, il processo risulta molto utile per la pulizia saltuaria di pezzi di dimensioni rilevanti e se i ritmi di produzione non giustificano l’acquisto di sistemi a spruzzo, generalmente costosi. Nel caso in cui il carico contaminante sia elevato potrebbe essere utile un pretrattamento tramite immersione in bagno pulente. La tecnica di applicazione è semplice e l’attrezzatura è facilmente trasportabile e poco ingombrante. Questo metodo di lavaggio non permette di trattare materiali sensibili alle temperature elevate e all’umidità (es. penetrazione dell’acqua all’interno di giunture e zone saldate). Soluzioni ricche di silicati possono formare incrostazioni nell’equipaggiamento.

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Il vapore surriscaldato in pressione è fatto venire a contatto con il pezzo da trattare fino a raggiungere una elevata temperatura superficiale che accelera l’emulsione, il distacco e la rimozione dei residui; questa è poi mantenuta fino a completa evaporazione o liquefazione dei residui. La maggior parte delle macchine lavatrici e a vapore funzionanti con solventi organici possono essere convertite all’utilizzo di soluzioni acquose. Gli impatti ambientali relativi al lavaggio con vapore dipendono dal tipo di contaminante da rimuovere, dalle sostanze chimiche addizionate all’acqua per migliorarne l’efficienza pulente e dalla quantità di vapore prodotto che, una volta condensato, dovrà essere raccolto e trattato prima dello scarico. Dalla natura del contaminante da rimuovere e da quella della soluzione vaporizzata dipende il tipo di trattamento necessario alla depurazione della soluzione contaminata prima dello scarico. La natura dei reflui liquidi è, nel caso del lavaggio a vapore, comunemente compatibile con i più diffusi impianti di depurazione acque adottati nelle aziende. Infine la quantità di vapore prodotto influenza i consumi idrici che possono essere comunque ridotti al minimo nel caso la depurazione del condensato sia finalizzata ad un riutilizzo dello stesso in altri cicli di lavaggio. In questo caso inoltre è possibile ridurre il consumo energetico per la produzione di vapore (in quanto viene vaporizzata acqua già calda) o attraverso uno scambiatore di calore per il riscaldamento degli ambienti di lavoro. Rispetto a tecniche di pulizia che fanno uso di solventi in questo caso il consumo di sostanze pericolose e la generazione di rifiuti pericolosi è decisamente limitato così come non risultano particolarmente inquinanti le emissioni atmosferiche costituite prevalentemente da vapor acqueo. Qualora tale tecnica sia utilizzata all’aperto è necessario prevenire la contaminazione del suolo causata dal percolamento di vapore condensato e dei contaminanti rimossi. La rumorosità può essere elevata.

Tecnica: Sistemi chiusi di pulizia con utilizzo di vapore (CEVC) Le macchine lavatrici a vapore possono utilizzare sia soluzioni acquose che solventi. La gamma di contaminanti che è possibile rimuovere è quella tipica di tutti i sistemi a vapore (grassi, oli, particolato, ecc.) A differenza di altri sistemi questo processo è completamente automatizzato (se si esclude la fase di carico e scarico dei pezzi), non sono presenti inoltre tempi morti o interruzioni del lavoro significative. A causa dei continui cicli di riscaldamento/raffreddamento a parità di capacità la durata dei cicli di pulitura è maggiore, il tempo necessario può infatti variare da un minimo di 8 minuti ad un massimo di 40 secondo la massa totale del carico e dal tipo di metallo. I pezzi da trattare sono posti in una camera ermetica all’interno della quale sono fatti entrare i vapori della soluzione solvente utilizzata. Terminato il processo i vapori sono evacuati, fatti passare attraverso un sistema di raffreddamento e successivamente filtrati su carbone attivo. I pezzi puliti sono così estratti senza che avvenga alcuna emissione non controllata. Un timer inizia la fase di riscaldamento del solvente in anticipo rispetto all’inizio del ciclo di lavaggio, raggiunta la temperatura ideale il vapore è immesso nella camera ermetica dove sono presenti i pezzi, il contatto causa la condensazione del vapore che insieme a oli e grassi è collettato attraverso un’apertura presente sul fondo della camera ermetica. Quando i pezzi raggiungono la temperatura del vapore non avviene più condensazione, a questo punto l’entrata di nuovo vapore viene impedita e l’aria nella camera viene fatta ricircolare in un serpentino di raffreddamento per condensare il solvente che è raccolto. Il carbone attivo è a questo punto riscaldato in modo che i solventi adsorbiti nelle fasi precedenti siano rilasciati e possano essere raffreddati. Il carbone attivo inizia ad adsorbire i solventi eventualmente presenti nella camera ermetica, il ciclo continua fino a che la concentrazione dei solventi nell’aria misurata da apposito sensore non risulti sufficientemente bassa. Solo ora è possibile aprire lo sportello dalla quale sfuggirà, unica emissione del processo, una minima parte di solventi. L’impatto ambientale e quello sulla salubrità degli ambienti di lavoro e la salute degli operatori delle macchine lavatrici a vapore è molto simile a quello visto per le macchine lavatrici integrate. Le due tecnologie sono infatti accumunate dalla presenza di una camera ermetica all’interno della quale sono trattati i pezzi e la possibilità di essere equipaggiate con un sistema di depurazione/riutilizzo di soluzioni pulenti. Anche in questo caso inoltre la soluzione solvente utilizzata può essere costituita da soluzioni acquose, semiacquose o solventi. Nei primi due casi l’utilizzo di solventi è nullo o comunque ridotto al minimo, inoltre la presenza di un sistema di depurazione/riutilizzo permette di diminuire significativamente anche consumi

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idrici e scarichi/rifiuti. L’utilizzo di soluzioni acquose o semi acquose in sostituzione di sostanze classificate come pericolose (molti solventi sono infiammabili, cancerogeni, etc.):

• riduce i requisiti a cui ottemperare relativi a prevenzione di incendi e altre emergenze e alla salubrità degli ambienti di lavoro;

• riduce la quantità e i costi di smaltimento dei rifiuti pericolosi prodotti; Può d’altra parte:

• comportare un aumento di consumi idrici; • il trattamento dei reflui prima della immissione in rete fognaria qualora vengano gestiti come scarichi

idrici Nel caso siano utilizzati solventi l’impatto relativo al consumo di sostanze pericolose per la salute e l’ambiente è mitigato da due fattori:

• la mancanza di emissioni diffuse dalla lavatrice elimina pressoché totalmente (le uniche emissioni si hanno con l’apertura del portello per l’estrazione dei pezzi) una fonte importante di inquinamento dal luogo di lavoro. Rispetto ad altri sistemi di sgrassaggio a vapore le emissioni atmosferiche di COV sono ridotte per più del 99%;

• la presenza di un sistema di depurazione/riutilizzo dei solventi ne permette il recupero con una conseguente riduzione significativa dei consumi di sostanze pericolose e di produzione di rifiuti.

Tecnica: Lavaggio al plasma Il plasma è una miscela di ioni positivi e negativi ed elettroni prodotti da un campo elettrostatico o elettromagnetico. Rispetto agli impianti di lavaggio tradizionali (che agiscono sui contaminanti a mezzo di diluizione e successiva asportazione fisica) gli impianti al plasma sono dei reattori chimici: ioni e molecole cariche (radicali eccitati) rimuovono dalla superficie i contaminanti reagendo chimicamente con essi e dando come prodotti della reazione vapore acqueo, anidride carbonica e solo in piccola parte, molecole organiche volatili. Il gas ionizzato, il plasma cioè, è ottenuto applicando una corrente alternata ad alta frequenza ad un gas (o miscela di gas) mantenuto a bassa pressione all’interno del reattore (0.0001 - 0.001 atm). I sistemi a plasma freddo operano con quantità minime di gas, generalmente ossidanti (es. l'ossigeno) oppure inerti (argo, elio, azoto e loro miscele) nel caso di trattamento di supporti soggetti a degradazione ossidativa. Benché i contaminanti organici siano molto diversi fra loro, tuttavia oli, cere, grassi e distaccanti, con base minerale o vegetale, sono tutti caratterizzati, dal punto di vista della natura chimica, da catene radicali CH2 più o meno lunghe, che reagiscono, in certe condizioni di pressione e campo elettrico, nel seguente modo: (CH2)n- + 3/2nO2 ----> n (CO2 + H2O) Il processo ossidativo è a freddo (la temperatura di processo si aggira tra i 25° e i 50°C) ottenuto grazie alla forte istabilità del gas in fase di plasma. L’energia prodotta dal bombardamento degli elettroni permette la rottura dei legami CH, carbonio e idrogeno combinano con gli ioni ossigeno con produzione di anidride carbonica e vapor acqueo che vengono aspirati da pompe per il mantenimento della bassa pressione. Oltre alla rimozione dei contaminanti organici il trattamento al plasma può essere utilizzato per rimuovere, attraverso ablazione, sottili strati superficiali da materiali; inducono inoltre alla formazione di legami incrociati, che rafforzano la coesività superficiale, e altre modificazioni chimiche superficiali che migliorano le caratteristiche chimico-fisiche dei materiali. Il lavaggio al plasma risulta tecnica efficace nella rimozione di film molto sottili di sostanze organiche. Diversi sono i settori in cui è utilizzato comunemente, nell’industria dei semiconduttori è utilizzato per migliorare il contatto dei conduttori su microcircuiti ibridi, per asportare l’isolamento dagli avvolgimenti e dai componenti magnetici etc. Una grande varietà di oggetti, dai più semplici ai più complessi, è pulita tramite plasma come paraurti di veicoli e aghi di acciaio inossidabile per siringhe, etc. La fluidità del mezzo permette infatti la pulizia di oggetti dalle geometrie particolari, fori e cavità. Un altro vantaggio dei sistemi al plasma è la possibilità di trattare efficientemente assemblati di diversi materiali. Possono essere utilizzati come trattamento finale per rimuovere ogni traccia di contaminante organico e per seccare i pezzi. Le dimensioni degli impianti possono essere alquanto varie (dalle dimensioni di un piccolo forno a microonde a grandi camere), essi inoltre possono costituire un’unica unità o essere progettati in serie (es. per il trattamento di fogli polimerici o fibre in bobine). Tra gli svantaggi di questa tecnologia ricordiamo l’impossibilità di rimozione di contaminanti inorganici. Gli unici residui del processo di pulizia al plasma sono costituiti da vapor acqueo, anidride carbonica (gas serra) e quantitativi trascurabili di sostanze organiche che possono essere rilasciate in atmosfera tal quali.

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Tecnica: Pulizia con fluido supercritico Al di sopra di una certa temperatura un gas non condensa in una fase liquida all’aumento della pressione, dà invece origine ad una fase, detta supercritica, che presenta caratteristiche sia dei gas che dei liquidi. L’equipaggiamento di base consiste in: compressore, scambiatore di calore (per il riscaldamento e per il raffreddamento), valvola di controllo della pressione, vassoio di estrazione (in pressione) in cui l’oggetto è sottoposto al passaggio del fluido supercritico che asporta i residui, vassoio di separazione in cui il fluido supercritico è vaporizzato e si separano i residui estratti mediante drenaggio. I pezzi sono introdotti nel contenitore a pressione insieme al gas, a questo punto temperatura e pressione sono aumentate finché lo stato supercritico non è raggiunto. La temperatura di processo può variare da 35 a 65° C, la pressione da 140 a 270 atm. Successivamente il fluido è fatto vaporizzare, a questo punto i residui estratti sono separati mediante drenaggio. La maggioranza dei fluidi supercritici commercialmente disponibili sfruttano l’anidride carbonica (CO2) e sono caratterizzati da eccellenti proprietà solventi (comparabili a quelle dell’esano), può comunque essere aggiunto un co-solvente per migliorarne l’efficacia. La pulizia con fluido supercritico risulta particolarmente idonea per il trattamento di oggetti di precisione e parti con forme particolari (es. interruttori termici, assemblaggi elettromeccanici, etc). Bassa viscosità e alta diffusività permettono infatti un’ottima pulizia di fori e cavità molto piccole. Dimostra maggiore efficacia nella rimozione di contaminanti liquidi (silicone, oli dielettrici, petrolio, lubrificanti, adesivi, grassi e cere) e in particolare di molecole di moderato peso molecolare e bassa polarità, mentre non è molto adatto all’asportazione di residui di particelle solide (in particolare molecole ioniche o polari e inorganiche) se non è combinato con l’utilizzo di sistemi di agitazione o di ultrasuoni. L’elevato livello di pulizia raggiungibile necessita di tempi di trattamento relativamente brevi (da 15 a 30 minuti), non si adatta però molto bene al trattamento di materiale fortemente contaminato. Il potere solvente del fluido supercritico dipende dalla pressione, è quindi possibile estrarre diversi tipologie di contaminanti e precipitarli separatamente per analisi. I fluidi supercritici sono compatibili con metalli, ceramiche, e polimeri, ne è sconsigliato l’uso per tutti quei materiali sensibili alle alte temperature e pressioni. Un’ulteriore limite di questa tecnologia è la limitatezza delle dimensioni delle apparecchiature all’interno delle quali può essere applicata. Il processo non genera CO2 ex novo, essa è infatti normalmente recuperata da altri processi industriali ed è inoltre riciclabile. I rifiuti prodotti nel processo constano esclusivamente del materiale rimosso che dopo essersi distaccato, in seguito alla riduzione della pressione e temperatura, è concentrato in apposito contenitore.

Tecnica: Asportazione laser La rimozione attraverso laser è una tecnica non intrusiva e a bassa energia cinetica utilizzata per la dissossidazione e la rimozione di ruggine, per la sverniciatura, la rimozione di graffiti, oli e grassi (“asciutti” e “umidi”) e residui di colle (da nastri da imballaggio, nastri di carta tipo carrozziere, nastri trasparenti). Può essere inoltre utilizzato per il decapaggio dei cordoni di saldatura. Il trattamento laser su superfici di acciaio inossidabile per la rimozione di ossido di cromo superficiale e pellicolare, secondo le più recenti ricerche (ancora in parte in corso), è in grado di impedire la formazione di un nuovo strato di ossido come invece succede quando l’asportazione è di tipo chimico o meccanico. Attualmente questa tecnologia è utilizzata per la sverniciatura totale o parziale di componenti di alta qualità intrinseca (settore aeronautico e aerospaziale) ma in futuro si pensa ad un allargamento ad altri settori quali quello di riparazione e riverniciatura automobilistica (compresi autobus), navale e ferroviaria. La velocità di sverniciatura dipende principalmente dalla lunghezza d’onda del fascio laser, dalla potenza e dalla tipologia e spessore dello strato verniciante, altri parametri influenti possono essere la forma della traccia e il grado di sovrapposizione.

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I migliori risultati sono ottenuti quando la lunghezza d'onda del laser è scelta in base all'assorbimento ottimale che si può avere da parte della superficie e non dal liquido o dal contaminante. Le superfici necessitano di una preparazione minima così come di attività di rifinitura post processo. Questa tecnologia risulta ottimale in tutti quei casi in cui altre metodologie rischiano di danneggiare il substrato, si possono notare infatti zone termicamente alterate a causa del calore prodotto dal fascio di luce solo in caso in cui i tempi di esposizione ottimali siano abbondantemente superati. Il processo di asportazione consiste nella vaporizzazione del contaminante sul quale è concentrata l’energia del laser. Il processo può essere a secco, è altresì possibile bagnare la superficie da trattare con un sottile strato di solvente (acqua, metanolo, etanolo, 2-propanolo) affinché questi, nella vaporizzazione, trascini con se il contaminante, specialmente se costituito da particelle. La miscela acqua/etanolo 9:1 risulta molto efficace grazie alla elevata pressione di vapore dell'acqua che consente il surriscaldamento della superficie, e all’alcol che permette una migliore bagnabilità della superficie da trattare. Solitamente viene utilizzato anche un gas di copertura (comunemente azoto). Le sorgenti laser possono essere sia portatili che fisse. Questa tecnologia permette di ridurre fortemente gli impatti ambientali dei processi di sverniciatura e rimozione di contaminanti in quanto non viene solitamente fatto alcun uso di sostanze chimiche e la produzione di rifiuti è limitata al materiale vaporizzato. Per quanto riguarda le emissioni atmosferiche esse possono contenere COV nel caso in cui si faccia uso di solventi organici nei processi ad umido. La vaporizzazione del materiale contaminato può avere effetti dannosi sulla salute degli addetti, così come l’evaporazione di solventi organici nei processi ad umido. È inoltre importante evitare eventuali danni all’apparato visivo a causa del laser. Questa tecnica relativamente nuova e in parte ancora in fase sperimentale risulta alquanto costosa in termini di tempo e denaro.

Tecnica: UV/Ozono La tecnica a UV/Ozono è utilizzata per rimuovere sottili film di contaminante organico nel trattamento di superfici vetrose e cristalline come allumina, gallio, arseniuro, fosfuro d’indio, quarzo e vetro. Il rendimento è dell’ordine di 5-10 angstroms/min e generalmente lo spessore del film di contaminante da rimuovere non deve superare i 100 angstroms. Poiché il processo dipende dall’esposizione del pezzo alla luce ultravioletta l’efficacia risulta superiore per superfici piane. La distanza del pezzo dalla sorgente UV è una variabile importante e dovrebbe essere compresa tra 4 – 10 mm. Questa tecnica è anche utilizzata come processo di finitura per ottenere livelli di pulizia più elevati o per migliorare le proprietà adesive della superficie. Non è invece adatta alla rimozione di ossidi, sali o particelle di contaminante. La luce ultravioletta può causare l’ossidazione di alcuni metalli anche in relazione alla durata dell’esposizione. L’alluminio acquista una colorazione giallastra a causa dei raggi UV che scompare però in seguito a riscaldamento del pezzo a temperature di 150-170 °C. Il processo si basa sull’ossidazione delle sostanze organiche ad opera dei raggi UV e dell’ozono. L’energia UV è emessa dalla lampada a due lunghezze d’onda: 185 nanometri (nm) e 254 nm. L’energia emessa a 185 nm è assorbita dall’ossigeno atmosferico con produzione di ozono che risulta efficace nell’ossidazione dei composti organici. Quella a 254 nm è assorbita dal materiale organico, aumenta la sua attività molecolare e ne facilita l’ossidazione da parte dell’ozono. Quest’ultimo può essere anche introdotto da una fonte esterna. Una volta che i fotoni emessi dalla sorgente UV rompono i legami chimici del contaminante, un successivo soffio di gas inerte rimuove i reattivi. Il processo si svolge in una camera detta “forno” (oven) che ha la duplice funzione di contenere l’ozono e di proteggere gli operatori dalle radiazioni UV. Sia l’ozono che le radiazioni UV sono infatti dannosi per la salute. Sarebbe inoltre importante prevedere misure atte a prevenire la rottura delle lampade e conseguente fuoriuscita di mercurio. Non si ha produzione di rifiuti.

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Tecnica: Lampade flash allo xenon Si tratta di una tecnica utile alla rimozione di rivestimenti (es. vernice, altri strati protettivi) da metalli o da materiali compositi, che non danneggia e dei quali è possibile lasciare intatto il fondo e l’eventuale cromatura. È utilizzata nella sverniciatura di superfici ampie e piane come quelle degli aerei per le quali ha un ottimo rendimento (0,093 – 0,37 mq/min) mentre non è molto efficiente per il trattamento di superfici dalla geometria complessa. Alle volte sono utilizzati, in combinazione, i pellets di CO2 nella duplice funzione di raffreddamento del substrato passibile di danneggiamento e di rimozione del materiale di rivestimento vaporizzato. Un tubo al quarzo riempito con gas xenon è elettricamente stimolato 4/6 volte al secondo per emettere brillanti scariche di luce. La sorgente di emissione è posta a pochi centimetri (la distanza ottimale è di 3,8 cm) dalla superficie da trattare, l’energia contenuta nell’impulso luminoso è assorbita dal rivestimento superficiale che riscaldandosi va incontro a dilatazione termica e rottura dei legami fino a completo distacco. Ogni impulso luminoso rimuove circa 1 mm di rivestimento. Durante il processo il rivestimento è trasformato in gas (che può essere necessario trattare attraverso filtrazione o adsorbimento) e fine particolato scuro che rappresenta l’unico rifiuto. Gli operatori devono adottare dispositivi di protezione per l’udito.

Tecnica: Termosverniciatura Questa tecnica è utilizzata per la rimozione di rivestimenti a base di idrocarburi da metalli con punto di fusione maggiore ai 480 °C. Il controllo della velocità di riscaldamento – raffreddamento è necessario per alcuni materiali (es. leghe di alluminio) al fine di evitare deformazioni. Il processo di strippaggio a caldo permette di vaporizzare e decomporre completamente gli strati superficiali da rimuovere, esso si compone in due fasi: nella prima i pezzi sono caricati in un forno di pirolisi nel quale vengono riscaldati in atmosfera controllata (carenza di ossigeno) fino a raggiungere la temperatura di volatilizzazione (120 – 200 °C); nella seconda fase sono fatti surriscaldare in un post-bruciatore a 315 – 370 °C affinché avvenga una completa decomposizione. L'intero processo necessita in media di 4 ore per ciclo. La tecnica si basa su un processo di combustione, l’interazione ambientale che più di altre risulta impattante è quella delle emissioni atmosferiche. Il post combustore deve poter garantire una completa ossidazione dei fumi le cui concentrazioni di inquinanti non dovranno superare i limiti stabiliti. Rivestimenti che contengono cloro o fluoro devono essere evitati in quanto la loro combustione genera acidi corrosivi e diossine. I consumi energetici necessari al funzionamento del forno di pirolisi e del post combustore possono essere significativi. Per questo motivo al fine di ridurre il consumo energetico è possibile recuperare il calore dei fumi caldi, opportunamente depurati, all’interno del forno ovvero per il preriscaldamento dell’aria in entrata al bruciatore o ancora per altri processi di produzione e non (es. riscaldamento degli ambienti di lavoro).

Tecnica: Rimozione in letto fluido Questa tecnica integra un sistema di combustione con uno di abrasione. È utilizzato per rimuovere vernice, colori e plastiche. Rispetto ad altri sistemi (es. a combustione, stripping chimico) la rimozione in letto fluido evita la deformazione dei pezzi trattati, la corrosione e altri tipi di danneggiamenti. Un letto fluido consiste in una massa di particelle solide fini (es. granuli di silicati) separate e mantenute in sospensione da un flusso di gas. I granuli sospesi sono riscaldati e mantenuti ad una determinata temperatura grazie ad un bruciatore. Il pezzo da trattare è immerso nel letto fluido ad una temperatura,

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uniforme, di 420 – 450 °C, qui avviene la combustione di depositi di vernice, di colore o di materie plastiche. Il materiale granulare, mantenuto in movimento dal flusso gassoso, permette il distacco e rimuove per abrasione le ceneri. Al di sopra del letto fluido si ha una completa combustione degli effluenti organici, i fumi prodotti non necessitano quindi solitamente di trattamenti. La combustione completa porta alla formazione di CO2. Le ceneri di combustione, abbattute tramite cicloni, sono gli unici rifiuti del processo e devono essere smaltite. Come nel caso della termosverniciatura è possibile recuperare il calore dei fumi ad alta temperatura in uscita sia per lo stesso processo (riducendone dunque il consumo di combustibile) che per altri (incluso il riscaldamento degli ambienti di lavoro).

Tecnica: Bagni di sale fuso I bagni di sale fuso operano a diverse temperature ( 290 – 480 °C) dipendentemente dal tipo di sale usato. A temperatura più bassa questa tecnica è utilizzata per il recupero di pezzi difettosi o per la sverniciatura necessaria alla manutenzione di pezzi, apparecchiature, etc. A più alte temperature sono invece utilizzati per eliminare gli accumuli più resistenti che si formano su uncini e cremagliere. Qualsiasi tipo di rivestimento organico può essere rimosso compreso nylon, poliestere, rivestimenti epossidici e fluoropolimerici. I tempi di trattamento sono dell’ordine di pochi minuti. Con i bagni di sali fusi non è possibile trattare metalli con basso punto di fusione come il magnesio e alcune leghe. Il processo si basa sull’azione dell’intenso calore esercitato dai sali fusi sui rivestimenti organici. La temperatura del bagno varia da 290 a 480 °C dipendentemente dal tipo di sale usato. Si può variare la miscela dei sali in modo da regolare la temperatura del bagno. I pezzi trattati sono raffreddati e sciacquati, ciò genera un flusso d’acqua contaminata il cui pH può essere necessario aggiustare prima dello scarico. I rifiuti prodotti dal processo sono costituiti da carbonati ed altri composti inorganici contaminati, durante il processo, dai residui rimossi. Per quanto riguarda le emissioni atmosferiche potrebbe essere necessario istallare un sistema di abbattimento dei vapori generati dal bagno. I consumi energetici sono elevati, è possibile, al fine di ridurre il consumo di combustibile, recuperare il calore dei fumi per lo stesso processo o per altri (di produzione o per il riscaldamento degli ambienti di lavoro).

Tecnica: Processo criogenico con utilizzo di azoto liquido Questo processo di sverniciatura, che può essere realizzato in continuo e completamente automatizzato, è in opera dal 1990. È utilizzato congiuntamente a sistemi di abrasione (es. particelle plastiche) necessari alla rimozione della vernice rotta per l’azione dell’azoto liquido. I pezzi da trattare sono posti in un serbatoio contenente azoto liquido (- 196 °C) che provoca la contrazione del materiale e dello strato coprente. La differente velocità di risposta alla diminuzione di temperatura provoca la rottura della vernice che viene poi rimossa con mezzi meccanici. Non risulta particolarmente indicato per sverniciare superfici sottili ed è meno efficiente con epossidi e uretani. La cabina entro la quale sono posti i pezzi e l’azoto liquido limita le dimensioni delle parti che possono essere trattate. I pezzi trattati con questa tecnica hanno un periodo di vita 5 volte maggiore di quelli prodotti con altri processi. I rifiuti ottenuti sono costituiti dalla vernice asportata che può essere in svariati casi recuperata per la produzione di oggetti in plastica. Emissioni atmosferiche sono assenti così come l’utilizzo di sostanze pericolose, il consumo idrico e la generazione di reflui. L’azoto è un gas inerte, alla temperatura di –196 °C è però pericoloso al contatto.

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Tecnica: Accorgimenti per la riduzione dei consumi idrici Tra i possibili accorgimenti adottabili per la riduzione dei consumi idrici ricordiamo:

• riduzione degli step di lavaggio quando non necessari; • riduzione del drag-in (trascinamento): nel passaggio da una vasca all’altra il materiale da trattare

rimane impregnato del bagno chimico precedente e può contaminare dunque, se non opportunamente risciacquato, il bagno successivo riducendo la vita di quest’ultimo e dunque contribuendo all’aumento di consumi di sostanze pericolose e produzione di bagni chimici esausti. Parallelamente il drag-in della vasca di risciacquo determina una diluizione delle successive vasche di trattamento. Per questo motivo è opportuno ridurre quanto più possibile il trascinamento attraverso:

o eco-risciacquo: consiste in una vasca unica in cui i pezzi da trattare sono immersi prima e dopo il bagno nella vasca di processo. La soluzione utilizzata è costituita da acqua denaturata (che raggiunge dopo un po’ di tempo l’equilibrio del 50% della concentrazione della soluzione di processo) o da una soluzione diluita di processo (sempre al 50%). Tale vasca di pre-risciacquo o eco-risciacquo statisticamente cede (drag-out) la stessa quantità di acqua che riceve (drag-in) e dunque non necessità di rabbocchi. La sostituzione totale avviene allorquando sia necessario pulire la vasca. Questo sistema permette di ridurre il drag-out di circa il 50%. Si tratta di una soluzione ottimale quando il bagno di processo è svolto a temperatura ambiente e quando l’evaporazione del bagno è limitata. Non può essere utilizzata in alcuni casi laddove impiantisticamente impossibile (linee a giostra, coil coating, reel to reel line) o allorquando determini problemi di qualità del processo (nichelatura, ramatura, sgrassaggio, decappaggio).

o Utilizzo di cilindri spremitori. • riduzione del drag-out: la riduzione del trascinamento di soluzione nelle vasche successive è il primo

accorgimento necessario per: o minimizzare la perdita di prodotti chimici durante i risciacqui; o minimizzare i consumi di acqua necessari per i risciacqui; o ridurre i costi della materia prima; o ridurre problematiche ambientali legate alle acque di risciacquo e costi correlati.

Le tecniche atte a minimizzare il drag-out sono diverse e tra le più importanti ricordiamo: • utilizzo di prodotti chimici compatibili: l’utilizzo di sostanze chimiche compatibili (per esempio lo

stesso acido per il decappaggio e la preparazione prima del processo di rivestimento) permette di minimizzare gli effetti del trascinamento riducendo il consumo di sostanze chimiche, di risciacqui intermedi o se necessari di acqua per il risciacquo. È applicabile a tutti i processi limitatamente a dove è possibile progettare il processo con sostanze chimiche compatibili.

• Sospensione del pezzo: progettare i ganci di sostegno in modo che i pezzi abbiano il lato più lungo disposto in verticale piuttosto che in orizzontale e lasciandolo in sospensione sulla vasca di trattamento per un tempo adeguato permette di ridurre gran parte del drag-out. In alcuni casi è indispensabile ridurre al minimo il contatto dell’agente chimico con il pezzo e dunque non è possibile aspettare un adeguato tempo di sgocciolamento.

• Riduzione della viscosità della soluzione: minore è la viscosità della soluzione, e dunque la sua tensione superficiale, più velocemente tenderà a sgocciolare dal pezzo riducendo il trascinamento. La riduzione della viscosità può avvenire aumentando la temperatura, riducendo la concentrazione della soluzione o addizionando alla soluzione agenti chimici imbibenti. Nel primo e nel terzo caso si possono avere aumenti nei consumi di energia e sostanze chimiche mentre non è sempre possibile ridurre la concentrazione dei bagni.

• Soffianti: un’altra possibilità di riduzione del trascinamento è l’utilizzo di soffianti ad aria compressa o a spruzzo che riducono la perdita di sostanze chimiche per trascinamento. L’aria a pressione induce maggiore sgocciolamento mentre utilizzando acqua è possibile compensare quella evaporata dal bagno. È una tecnica abbastanza elaborata che necessita competenze.

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Tecnica: Risciacquo spray Il risciacquo spray può avvenire o sopra la vasca di processo o in una vasca di risciacquo apposita, può essere effettuato manualmente (negli impianti più piccoli) o in modo automatico. Il sistema permette di recuperare le sostanze chimiche trascinate dal pezzo e inoltre restituisce l’acqua persa per drag-out o evaporazione dalla vasca di processo. Nel caso in cui sia effettuato sopra la vasca di processo (pre-risciacquo) l’acqua insieme alle sostanze chimiche ritorna direttamente nella vasca di processo, se è invece effettuato in apposita vasca di risciacquo la soluzione depositata dovrà essere poi immessa nella vasca di processo nelle corrette quantità in modo da non variare sensibilmente la concentrazione voluta. Questa tecnologia permette contemporaneamente di ridurre il consumo di agenti chimici e la loro presenza nelle acque di risciacquo destinate allo scarico. Attraverso la corretta progettazione e la costante pulizia del meccanismo di spray è possibile evitare eventuali proliferazioni di legionella.

Tecnica: Rigenerazione e riutilizzo dell’acqua di risciacquo Diverse sono le tecnologie atte a riutilizzare o rigenerare le acque di risciacquo. Queste tecnologie permettono di ridurre i consumi idrici e i volumi di acque di scarico da depurare (con conseguente riduzione dei costi per impianti, energia e prodotti chimici):

• rigenerazione attraverso scambio ionico: cationi e anioni sono trattenuti dalla colonna e al loro posto sono rilasciati ioni H+ e OH -. Il risultato finale è acqua denaturata che può essere riutilizzata per i risciacqui. Il sistema necessita di energia e di prodotti chimici per la rigenerazione della colonna a scambio. Normalmente sono montati filtri al fine di evitare che materiale particellare occluda i siti di scambio ionico. Questa tecnologia non è utilizzata laddove siano presenti forti ossidanti, materiale organico particellare e complessi cianuro metallici. Anche oli, grassi e solventi limitano molto il funzionamento delle colonne di scambio ionico. Poiché tale tecnologia non permette di depurare la frazione dissolta di materiale organico (500 ppm è la massima concentrazione ammissibile perché il sistema funzioni) sarà necessario o utilizzare sistemi di depurazione appositi (es. carboni attivi), utilizzare l’acqua contenente sostanza organica laddove non dia problemi ovvero distribuirla in tutte le vasche di risciacquo in modo da mantenerne basso, per diluizione, la concentrazione.

• Osmosi inversa (RO): attraverso una pressione idrostatica la soluzione è fatta passare attraverso una membrana semipermeabile che separa acqua e una soluzione fortemente concentrata di sali (fino al 99%). Il sistema permette dunque da una parte di recuperare acqua che potrà essere nuovamente utilizzata per i risciacqui e dall’altra una soluzione di sali che possono essere recuperati nei bagni di processo. In questo modo sono ridotti al minimo le acque di scarico da depurare. Questa tecnologia è stata utilizzata con successo per depurare di acque di lavaggio nei processi di rivestimento di nickel (fluoroborato, sulfamato, Watts, nichel chiaro), rame (acido e cianuro), zinco (acido) e cromo. Le membrane invecchiando riducono le proprie prestazioni, possono inoltre essere danneggiate da forti ossidanti, alcuni acidi, sostanze organiche, elevate concentrazioni di carbonati di calcio e magnesio (acqua dura), solidi sospesi.

• Evaporazione con utilizzo di surplus energetico interno: attraverso evaporazione è possibile concentrare i soluti e separare l’acqua. Questo sistema è particolarmente indicato laddove sono presenti soluzioni riscaldate o dove c’è necessità di raffreddamento (in questo caso riduce anche i consumi globali di energia), è molto utilizzato per gli elettroliti di cromo esavalente. I costi di investimento sono minimi e la velocità del processo può essere eventualmente aumentata con l’insufflazione di aria. Problematiche possono essere legate alla presenza di gas nell’evaporato che può necessitare di depurazione.

• Evaporazione con utilizzo di evaporatore: del tutto simile concettualmente alla tecnica sopra esposta si differenzia per l’utilizzo di un evaporatore. Da un punto di vista dell’applicabilità questa tecnica

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permette di trattare anche soluzioni in processi a temperatura ambiente anche se in presenza di soluzioni già a temperatura l’efficienza energetica migliora.

• Elettrodialisi: cationi e anioni sono separati all’interno di celle suddivise in setti semipermeabili una volta applicata una corrente elettrica, in questo modo è separato il soluto dal solvente (acqua).

Figura 4 Processo di elettrodialisi per il recupero di agenti chimici dalle acque di risciacquo (Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics) M+= catione metallico A- = anione (base salina) Waste = rifiuto Concentrate = concentrato

M = Membrana porosa in grado di far passare solo cationi A = membrana porosa in grado di far passare solo anioni Dluited solution = soluzione diluita Partially demineralized solution = soluzione parzialmente demineralizzata

Tecnica: Tecniche di risciacquo multiplo Tali tecniche permettono un alto livello qualitativo del lavaggio riducendo al minimo il consumo idrico (fino al 90%) e se combinate a sistemi di recupero/rigenerazione delle acque di lavaggio possono contribuire a chiudere il ciclo annullando pressocchè totalmente i volumi di acqua consumata e di scarichi. I costi per ulteriori vasche e sistemi di trasporto dei pezzi possono dunque essere recuperati economicamente dalla riduzione dei consumi idrici e soprattutto dai costi evitati di depurazione e trattamento delle acque di scarico. Tra queste si ricordano: Risciacquo multistage in controcorrente Il pezzo, uscito dalla vasca di processo è immerso in 3 o 4 vasche di risciacquo. Ogni vasca ha una propria concentrazione, decrescente, determinata dal trascinamento dei prodotti chimici dalla vasca di processo. L’acqua pura è immessa nell’ultima vasca, oltre un certo limite questa scarica nella penultima e così via fino alla prima vasca il cui contenuto è utilizzato per rimpiazzare le sostanze chimiche perse dalla vasca di processo a causa del drag-out.

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Figura 5 Risciacquo multistage in controcorrente (Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics) Process tank = vasca di processo Holding tank = vasca di accumulo C = Concentrazione (della vasca di processo (C0) e delle vasche di lavaggio (Cn)) E = Evaporazione

W = quantità di acqua di lavaggio utilizzata WD = quantità di acqua di lavaggio scaricata WR = quantità di acqua disponibile per il recupero del trascinamento D = drag-out (trascinamento) (della vasca di processo (DC0) e delle vasche di lavaggio (DCn))

Lavaggio multiplo statico Si differenzia dalla precedente tecnologia in quanto il passaggio di acqua in controcorrente non è determinato da continui over-flow e in-flow ma avviene quando la vasca di lavaggio n.3 ha raggiunto una determinata concentrazione. In questo caso dunque l’acqua della vasca di lavaggio n.3 è pompata nella vasca n.2 e così via. Dalla prima vasca di lavaggio è recuperato il drag-out che viene reimmesso nella vasca di processo.

Figura 6 Risciacquo multiplo statico (Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics)

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Process tank = vasca di processo Holding tank = vasca di accumulo C = Concentrazione (della vasca di processo (C0) e delle vasche di lavaggio (Cn)) E = Evaporazione


Doppio risciacquo statico con ultima fase di risciacquo con acqua ricircolata Questa tecnica è utilizzata quando il trascinamento (drag-out) è molto elevato e le due tecniche sopra descritte possono non essere sufficientemente efficienti. In questo caso dalla prima vasca di risciacquo è prelevata la soluzione per recuperare il drag-out da immettere in una vasca di contenimento e da qui nella vasca di processo. Lo svuotamento avviene periodicamente dopo un determinato numero di pezzi sciacquati. Al fine di ridurre i consumi di acqua nella terza vasca è presente un sistema in continuo di ricircolo e purificazione a scambio ionico (IEX).

Figura 7 Doppio risciacquo statico con ultima fase ad acqua ricircolata (Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics) Process tank = vasca di processo Holding tank = vasca di accumulo C = Concentrazione (della vasca di processo (C0) e delle vasche di lavaggio (Cn)) E = Evaporazione IEX = Sistema di ricircolo e purificazione continuo a scambio ionico


Risciacquo multistage a cascata in impianti con limitazioni di spazio In caso di impianti esistenti non è sempre possibile, per ragioni di spazio, predisporre diverse vasche di risciacquo. In questo caso è possibile far uso di un sistema a cascata esterno. Nella linea di trattamento è presente esclusivamente una vasca di risciacquo per ogni step. Ognuna di queste vasche è collegata con un sistema di vasche che funzionano con i sistemi visti precedentemente. I pezzi sono risciacquati attraverso spray o per immersione nella vasca di risciacquo e lavati con l’acqua proveniente dalle diverse vasche a cascata con acqua sempre più pulita. L’acqua della vasca più contaminata è fatta passare attraverso un concentratore che divide i soluti (che sono immessi nella vasca di processo) dall’acqua che è riimmessa nella vasca con l’acqua meno contaminata .

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Figura 8 Risciacquo multistage a cascata in impianti con limitazioni di spazio (Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics) Concentrator = concentratore Treatment vat = vasca di processo Work pieces = prodotti metallici da trattare

Spray booth = risciacquo spray Water = acqua Rinse = risciacquo

Recupero del drag-out e chiusura del ciclo La chiusura del ciclo in senso assoluto non è possibile se si considerano tutti i processi all’interno di uno stabilimento, i periodi di manutenzione straordinaria, i rifiuti. Attraverso le tecniche viste precedentemente (risciacquo multiplo, rigenerazione delle acque di risciacquo) però è possibile recuperare acqua e materie prime in modo da ridurre consumi idrici, di sostanze chimiche e i volumi di acqua da depurare. In particolare i vantaggi ottenuti saranno:

• ridurre i costi per acqua e materie prime; • ridurre la necessità di impianti di depurazione delle acque di scarico; • rimanere più facilmente entro i limiti di concentrazione degli inquinanti degli scarichi richiesti dalla

legislazione; • ridurre i consumi di sostanze chimiche utilizzate per la depurazione; • ridurre la perdita dal ciclo di elementi preziosi o particolarmente inquinanti (es. PFOS)

Il processo di concentrazione non è altro che una rigenerazione delle soluzioni di lavaggio attraverso il quale sono separate in acqua e soluti, le tecnologie attuate sono quelle viste in precedenza ovvero osmosi inversa, scambio ionico o evaporazione e rappresentano nell’intero ciclo il processo più energivoro. Il recupero del drag-out finalizzato alla chiusura del ciclo è una pratica diffusa ma che trova applicazione più spinta o laddove sono trattati soluti preziosi (es. oro) o al contrario dove sono presenti specie chimiche altamente pericolose (PFOS, etc.), dove cioè c’è assoluta necessità di evitare che i soluti siano dispersi nelle acque di scarico quali:

• metalli preziosi; • cadmio; • rame, nichel, cromo esavalente.

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Figura 9 Recupero del drag - out e chiusura del ciclo (Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics) Process tank = vasca di processo Holding tank = vasca di accumulo per acque di risciacquo (rinse water) o frazione diluita proveniente da concentratore (diluite fraction) C = Concentrazione (della vasca di processo (C0) e delle vasche di lavaggio (Cn)) E = Evaporazione


Sostituzione delle sostanze più pericolose Diverse sono le sostanze che per la loro pericolosità dovrebbero essere quanto più possibile evitate. Purtroppo allo stato attuale della tecnica non è sempre possibile. Di seguito sono indicate tali possibilità: EDTA: Largamente usato come sgrassante, può essere sostituito con agenti chelanti più deboli e biodegradabili. In questo modo oltre a ridurre l’impatto degli scarichi sui sistemi acquatici sono ridotti i costi energetici e di sostanze chimiche utilizzate per ridurne la concentrazione negli scarichi. Questa possibilità è applicabile nell’industria dei circuiti stampati così come in quella della ramatura chimica. PFOS: si tratta di un antischiumogeno e surfattante particolarmente utilizzato negli impianti di cromatura (cromo esavalente) e bagni alcalini di zincatura cianuro-free e in processi acidi e di anodizzazione dell’oro. La funzione di queste sostanze per la sicurezza è molto importante in quanto non permettono a sostanze pericolose (come il cromo esavalente) di essere disperse nello spray. Allo stato attuale non sono presenti sostanze che lo possono rimpiazzare, è dunque necessario al fine di limitarne l’utilizzo impianti chiusi che non permettano la dispersione di nebbie contenenti cromo ovvero l’applicazione del ciclo chiuso in modo da recuperare sia il cromo esavalente che i PFOS. Cianuro: il cianuro è stato ed è utilizzato largamente nel rivestimento di zinco, rame, cadmio, argento, oro, così come anche nello sgrassaggio e nello stripping di nichel. Poiché non è possibile eliminarlo in tutti i processi è considerata BAT, nel caso se ne faccia uso, la chiusura del ciclo in modo da evitarne consumi e allontanamento attraverso le acque di scarico. Zincatura: per quanto riguarda la zincatura è possibile sostituire il cianuro di zinco con lo zinco acido per le finiture decorative. Questa possibilità inoltre permette una maggiore efficienza energetica ed emissioni meno inquinanti. Laddove la distribuzione del metallo diventi una variabile fondamentale è possibile utilizzare i bagni alcalini di zinco senza cianuro (in questo caso però possono essere presenti PFOS). Ramatura: al cianuro di rame è possibile sostituire il rame acido o il pirofosfato di rame. Cadmio: nell’applicazione del cadmio è considerata BAT la chiusura del ciclo dell’elemento in modo che il metallo non sia disperso nelle acque di scarico determinate dalle soluzioni di risciacquo esauste. Cromo esavalente: in generale ci sono limitazioni nella sostituzione del cromo esavalente. Sostituti come il cromo trivalente non possono essere utilizzati nella cromatura dura mentre l’anodizzazione con acido cromico ha applicabilità nell’industria aerospaziale, elettronica e in altri settori specifici. Per quanto riguarda la cromatura decorativa è possibile rimpiazzarlo con il cromo trivalente deponendo uno strato di nichel e/o

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passivando dove è richiesto una superiore resistenza alla corrosione. In alternativa è possibile utilizzare una lega stagno-cobalto. Quando è utilizzato cromo esavalente è considerata BAT coprire le linee e le vasche in cui è effettuata la cromatura, disporre sistemi di aspirazione dei vapori da condensare e recuperare al fine di arrivare ad una chiusura assoluta dei cicli a contatto col cromo (compreso dunque quelli delle acque di risciacquo). PROCESSI DI RICOTTURA, TEMPRA E TRATTAMENTO TERMICO

Tecnica: Accorgimenti per la riduzione degli sprechi energetici nei trattamenti termici Diversi possono essere gli accorgimenti atti a ridurre le perdite di calore durante i processi termici. Tra questi ricordiamo:

l’eliminazione delle perdite di calore durante le fasi di carico mediante misure operative (apertura minima necessaria dello sportello) o mezzi strutturali (installazione di sportelli a più sezioni per una chiusura più efficace);

Riduzione delle perdite di calore nei prodotti intermedi riducendo al minimo i tempi di stoccaggio e isolando il materiale (incapsulamento per la conservazione del calore o coperture termiche).

Tecnica: Circuito chiuso del bagno di tempra Poiché la qualità dell’acqua utilizzata per la tempra non deve essere necessariamente elevata è possibile depurarla e reimmetterla in un circuito chiuso riducendo il consumo idrico. I contaminanti presenti, costituiti perlopiù da Pb(OH)2 e PbCO3, insolubili, sono facilmente separabili. Questa tecnologia può essere applicata ai bagni di tempra del processo di trafilatura.

Tecnica: Ottimizzazione del rapporto stechiometrico durante il processo termico in forno Mantenendo un rapporto ossigeno/combustibile leggermente inferiore a quello stechiometrico si è in grado di escludere la presenza di O2 all’interno del forno. Tale modalità di gestione porta ad una minore efficienza energetica ed è normalmente sconsigliata (vedi “Tecnologie per il miglioramento del rendimento di bruciatori e centrali termiche”) ma riduce gli impatti derivanti dalla produzione di NOx (particolarmente rilevanti in attività di trattamento termico) e l’efficienza dei successivi processi di decappaggio. In sintesi questa metodica porta ai seguenti vantaggi:

• la riduzione della produzione di ossidi di ferro e dunque una maggiore efficienza di sfruttamento della materia prima;

• una riduzione della contaminazione del bagno di decappaggio determinato da una minore formazione di ossidi di ferro e dunque una maggiore vita del bagno di decappaggio (riduzione del consumo di prodotti chimici pericolosi e minore produzione di rifiuti pericolosi);

• non sono prodotti NOx per l’assenza di O2 Poiché all’interno del forno, in assenza di ossigeno si formerà CO, gas tossico, sarà opportuno aggiungere aria all’interno del forno in modo da ossidare il monossido di carbonio in anidride carbonica.

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Tecnica: Preriscaldamento del materiale in entrata al forno al posto del preriscaldamento dell’aria Il preriscaldamento dell’aria in entrata al forno attraverso recupero del calore dei fumi di scarico rappresenta di norma una efficiente gestione della combustione e permette di ridurre il consumo energetico. Laddove invece, come nel caso dei trattamenti termici, vi sono problemi di produzione di NOx determinati dalle alte temperatura raggiunte ad essa deve essere preferito il recupero del calore dei fumi per il preriscaldamento del materiale in entrata. PROCESSO DI LAMINAZIONE

Tecnica: Accorgimenti per il risparmio energetico Diversi possono essere gli accorgimenti tecnologici atti a ridurre le dispersioni di energia nel processo di laminazione caldo. Tra questi ricordiamo:

• misure contro il raffreddamento localizzato – Il materiale in riscaldo può, per contatto con gli stessi sistemi di supporto all’interno del forno andare incontro a raffreddamenti localizzati. Per questo motivo possono essere utilizzati supporti a bassa dissipazione di temperatura quali cavalieri o guide inclinate. Possono essere applicati anche in impianti già esistenti.

• scudi termici – La tavola a rulli di trasferimento dal treno sbozzatore a quello finitore può essere dotata di scudi termici che riducano le perdite di calore e le differenze di temperatura tra la testa e la coda del materiale in ingresso al treno finitore. L’utilizzo di scudi termici non è possibile ove per motivi legati alla qualità del prodotto o tecnici siano richieste temperature più basse al treno finitore. Sono solitamente controindicati in impianti esistenti laddove le tavole a rulli potrebbero non sopportare le maggiori temperature, inoltre la riduzione dei consumi energetici non giustifica gli elevati costi di istallazione. Anche i costi di gestione possono risultare onerosi in quanto gli scudi possono essere danneggiati facilmente dalle barre di trasferimento incurvate. Infine gli scudi termici comportano un rischio più elevato di difetti superficiali (scaglie) per la maggiore temperatura a cui viene mantenuta la barra di trasferimento.

• riduzione della sezione di passaggio - La riduzione delle sezioni di passaggio dei materiali in ingresso e in uscita dai forni di laminazione permette di ridurre le fuoriuscite di calore attraverso i fumi o l’ingresso di aria fredda dall’esterno. Il miglioramento può essere ottenuto riducendo al minimo necessario l’apertura delle porte di entrata e uscita anche ad esempio con l’utilizzo di porte multi-segmento.

I dispositivi presentati riducono le perdite di calore lungo i treni di laminazione, all’entrata e all’uscita dai treni sbozzatori e rifinitori e nel passaggio tra i due impedendo un calo di temperatura significativa e dunque permettendo un risparmio energetico.

Tecnica: Utilizzo del coil box (e del coil recovery furnace) Nella laminazione a caldo prima che la barra arrivi alla cesoia del treno finitore, essa viene avvolta da un aspo mandrino con calandra chiamato coil box, sotto forma di rotolo di spessore 16- 25 mm alla temperatura di 1000-1100°C. Una volta avvolta tutta la barra su se stessa il rotolo viene trasferito su una culla svolgitrice

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e la coda viene fatta avanzare verso la prima gabbia del treno finitore, che poi svolge tutto il rotolo. In questo modo, l’ultima parte della barra laminata dallo sbozzatore, cioè la più fredda, viene ad essere laminata per prima dal finitore per cui la temperatura della barra all’ingresso del finitore aumenta dalla testa alla coda contrariamente a quanto avviene nella laminazione tradizionale, senza coil-box. La barra rimane avvolta per il tempo che dura la laminazione al finitore e quindi non perde praticamente temperatura. In caso di fermate di durata significativa il coil può essere conservato nei forni di recupero di calore (“coil recovery furnace”) dove viene ripristinata la temperatura di laminazione. L’utilizzo del coil box consente una migliore distribuzione della temperatura lungo la barra di trasferimento e implica dunque minori carichi per la laminazione del treno finitore. Il risparmio energetico è però limitato dal fabbisogno aggiuntivo legato alla fase di avvolgimento e svolgimento nonché, se presente, di riscaldo del forno di recupero del calore. In definitiva i vantaggi della coil-box sono numerosi e fra questi:

1. riduzione dei consumi di combustibile per il riscaldo delle bramme 2. riduzione della potenza installata al treno finitore 3. riduzione del numero di gabbie finitrici

Questa tecnica può essere applicata ai laminatoi semicontinui per la produzione di nastri. La riduzione dei consumi energetici è più evidente e dunque conveniente laddove i tempi di esposizione all’aria della barra di trasferimento sono più lunghi. L’utilizzo del coil box può portare ad un peggioramento della qualità del prodotto per effetto di aumento di difetti superficiali, inoltre può determinare la riduzione della capacità produttiva del laminatoio.

Tecnica: Colata semifinita e colata in bramme sottili Questa tecnica è applicabile a impianti nuovi integrati comprensivi dei processi di colata e laminazione a caldo. Dal processo di colata sono prodotte bramme sottili o comunque di forma e dimensioni vicine a quelle del prodotto finito. Lo sforzo successivo per la deformazione plastica viene così a ridursi considerevolmente con conseguente riduzione dei consumi energetici.

Tecnica: Massimizzazione del livello di caricamento a caldo Variando la logistica e la gestione dello stoccaggio intermedio è possibile massimizzare il livello di caricamento a caldo o della laminazione diretta. Questa tecnica è utilizzabile solo laddove la qualità superficiale della materia prima è alta e non necessita dunque di condizionamento del semilavorato. Con il caricamento a caldo la temperatura dei pezzi si aggira intorno a 300 – 600°C mentre la laminazione diretta prevede temperature di 900 – 1000°C. La riduzione dei tempi di stoccaggio intermedio porta a ridurre il raffreddamento dei pezzi, in uscita dalla colata, e di conseguenza il consumo di energia necessario a riportarli a temperatura. Oltre al consumo energetico sono ridotti gli impatti delle emissioni atmosferiche determinate dai bruciatori quali C02, C0, S0X e N0X. Tale tecnica permette inoltre un aumento della produttività ma normalmente è applicabile solo a nuovi stabilimenti dove gli spazi sono sufficienti e dove sia possibile coordinare i programmi produttivi di colata e laminazione.

Tecnica: Ricircolo dell’acqua e recupero delle scaglie Le acque di processo nella laminazione a caldo, quali quelle di raddrizzamento delle superfici, discagliatura e raffreddamento possono essere depurate e riutilizzate. I trattamenti sono normalmente di tipo fisico essendo

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i composti contaminanti prevalentemente costituiti da oli, che tendono a separarsi in quanto più leggeri dell’acqua, scaglie e sedimenti metallici che si depositano in vasche di calma o che possono essere intercettati attraverso filtri. La depurazione e il riutilizzo delle acque di scarico può permettere di raggiungere rapporti di ricircolo superiori al 95% e dunque una riduzione significativa dei consumi idrici e dei volumi di acqua scaricati. Il sistema di depurazione è in grado, inoltre, di separare le scaglie di laminazione che possono così essere riciclate internamente nel processo siderurgico o vendute. Anche gli oli possono essere recuperati per la combustione internamente o esternamente. Per gli impianti esistenti risulta necessario verificare la presenza di spazio adeguato per l’istallazione dell’impianto di depurazione e riutilizzo.

Tecnica: Depurazione e ricircolo della soluzione di sgrassatura La sgrassatura del materiale laminato avviene preventivamente al processo di trattamento termico attraverso bagni contenenti fosfati, silicati alcalini o soda. Tali bagni possono essere depurati attraverso metodi meccanici (filtrazione, disoleatura attraverso centrifugazione, etc.) o attraverso filtrazione a membrana. Le soluzioni così depurate possono essere riutilizzate per più cicli riducendo consumi di sostanze pericolose (es. soda) e acqua e la produzione di rifiuti liquidi pericolosi. Tale tecnologia è applicabile in particolare nei processi di laminazione a freddo e zincatura. PROCESSO DI DECAPPAGGIO/FLUSSAGGIO

Tecnica: Misure generali per ridurre il consumo di acidi nella fase di decappaggio Diverse possono essere le misure atte a ridurre la necessità di trattamento acido nelle successive fasi: • prevenzione della corrosione: un corretto stoccaggio e movimentazione permettono di ridurre il

fenomeno della corrosione responsabile della produzione di ossidi. Il consumo di acido del processo di decappaggio dipende infatti dalla quantità di ossidi presenti. Un raffreddamento troppo veloce inoltre aumenta i tempi del processo di decappaggio andando ad influire negativamente sui consumi energetici a causa della modifica della struttura delle scaglie determinate da bruschi abbassamenti della temperatura.

• riduzione del carico nella fase di decappaggio chimico attraverso fase di predescagliatura meccanica: attraverso sistemi meccanici ad umido (es. acqua ad alta pressione) o a secco è possibile togliere gran parte delle scaglie riducendo sensibilmente i consumi di acidi nella fase successiva di decappaggio. Se effettuata con sistemi a secco si formano polveri che sarà necessario gestire opportunamente mentre con i sistemi ad umido sarà utile prevedere sistemi di depurazione e riutilizzo dell’acqua in modo da non aumentarne eccessivamente i consumi;

• uso del predecappaggio elettrolitico: è normalmente effettuato in soluzione elettrolitica alcalina (soda, carbonato, etc): nel bagno è applicata corrente elettrica che determina il distacco e discioglimento degli ossidi (ruggine) per reazione di ossido riduzione. Il pezzo costituisce l'anodo o il catodo.

• preferenza di impianti di decappaggio a turbolenza o a getto rispetto a quelli ad immersione: migliora l’efficienza del processo riducendo i consumi di acido e di energia necessari a riscaldare il bagno;

• filtrazione meccanica delle soluzioni di decappaggio: allontana le scaglie dalla soluzione mantenendola sempre pulita e allungandone il periodo di vita.

Tutte le sopraccitate tecniche e buone pratiche di gestione permettono di ridurre anche i rifiuti costituiti da acidi esausti. Queste misure si applicano alla laminazione a freddo, rivestimento a caldo per immersione continua, trafilatura, e dovunque sia presente un impianto di decappaggio chimico.

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Per ulteriori informazioni si consiglia di consultare il capitolo relativo alla pulizia e sgrassaggio industriale.

Tecnica: Recupero di acidi liberi Diverse sono le tecniche attraverso le quali è possibile recuperare gli acidi liberi presenti nelle soluzioni esauste di decappaggio. Tra queste ricordiamo: • sistema a filtrazione meccanica più adsorbimento/desorbimento: attraverso un sistema di

filtrazione meccanica e ad adsorbimento con speciali resine è possibile recuperare l’acido libero presente in soluzioni di decapaggio esauste. Successivamente alla filtrazione meccanica la soluzione è raffreddata attraverso scambiatori di calore (il calore recuperato può essere eventualmente utilizzato per altri processi, es. riscaldamento) prima di essere adsorbita da resine che sequestrano l’acido libero. Quando le resine sono ormai sature attraverso un flusso di acqua è possibile desorbire l’acido (con efficienza del 80 – 90% per HCl e H2SO4) che può essere riutilizzato dunque nel processo di decappaggio. Può essere utilizzato per acido cloridrico, solforico e soluzioni di acido fluoridrico e nitrico. Questo sistema è economicamente valido quando il consumo di acido è superiore a 40 l/h e la concentrazione media di metalli nella soluzione esausta non supera i 50 – 60 g/l;

• vaporizzazione e condensazione: il riscaldamento dell’acido esausto in un’atmosfera ossidante determina la vaporizzazione della soluzione e la possibilità di convertire l’acido presente in acido libero separandolo dal metallo (che è convertito in ossido). Il sistema prevede due fasi automatizzate, una di evaporazione attraverso trattamento termico, l’altra di condensazione. Alla fine è possibile ottenere una soluzione di acido libero (con una concentrazione che varia dal 5 al 15%) e una soluzione concentrata di cloruro di ferro. La generazione di acido libero è finalizzata all’ottenimento di un prodotto ottimale per il decapaggio mentre gli ossidi di metallo sono gestiti come rifiuti o sottoprodotto. Da un punto di vista economico un impianto di rigenerazione interno risulta conveniente quando permette di trattare ingenti quantitativi di acido. Altra possibilità è il recupero esterno. Questo sistema è utilizzato per l’acido cloridrico.

• Cristallizzazione di acido solforico: laddove è utilizzato H2SO4 è possibile sfruttare il processo di cristallizzazione di solfato ferroso eptaidrato (FeSO4*7H2O) e riutilizzare la fase liquida composta da acido solforico. Tale tecnologia di cristallizzazione è comune ed economicamente conveniente se FeSO4*7H2O viene considerato un sottoprodotto.

• Elettrodialisi: si tratta di una tecnica che può essere utilizzata per acido cloridrico, solforico e soluzioni di acido fluoridrico e nitrico. Il principio si basa sulla capacità di apposite membrane di far passare ioni negativi e ioni idrogeno e non cationi metallici. Oltre all’acido esausto è utilizzata acqua demineralizzata che passando per i pori delle membrane va in soluzione con gli acidi liberi producendo dunque il nuovo bagno di decappaggio. Con questo sistema è possibile recuperare fino all’85% dell’acido libero con una contaminazione da metalli intorno al 5%. Altri vantaggi sono i consumi energetici bassi così come i costi di mantenimento dell’impianto che non necessita di molto spazio. Le membrane durano normalmente dai 3 ai 5 anni, la loro vita utile può però essere ridotta da soluzioni acide con presenza di HNO3 maggiore del 20%, acido cromico, idrogeno perossido, temperature superiori ai 45°C o da sostanze organiche quali grassi, oli, solventi o tensioattivi. Economicamente è conveniente quando il consumo di acido è superiore a 60l/h e la concentrazione media di metalli nella soluzione esausta non supera i 50 – 60 g/l.

Queste tecnologie sono applicabili laddove si effettui decappaggio chimico quali in particolare gli impianti di laminazione a freddo, rivestimento a caldo per immersione continua, trafilatura, etc.

Tecnica: Rigenerazione di acidi Diverse sono le tecniche utili a rigenerare acidi esausti. Tra queste ricordiamo: • Piroidrolisi attraverso:

o Letto fluidizzato: si basa su un processo di decomposizione termica in grado di dividere dalla soluzione acida esausta acido libero (HCl) e ossido di ferro (Fe2O3) in presenza di vapore acqueo

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e ossigeno. Il processo inizia con l’iniezione della soluzione acida esausta in un separatore e successivamente in uno scrubber Venturi dove è concentrata attraverso i gas caldi provenienti dal reattore. Da qui:

una parte della soluzione di decappaggio esausta appena concentrata e preriscaldata è pompata al reattore;

l’altra parte della soluzione di decappaggio esausta appena concentrata ritorna al separatore.

Nel reattore dove è presente un letto fluido costituito da granuli di ossidi di ferro ad una temperatura di 850°C avviene la reazione di evaporazione di acido e acqua mentre il cloruro di ferro è convertito in ossido di ferro e acido cloridrico gassoso.

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl(gas) + 2 Fe2O3

L’ossido di ferro rappresenta una materia prima importante utilizzata da diversi processi produttivi come quelli della produzione di materiale magnetico, abrasisi, cosmetici, pigmenti, etc. La parte destinata al separatore si divide nella parte liquida che ritorna allo scrubber Venturi mentre i gas sono spinti all’interno di una colonna di assorbimento dove l’acido cloridrico libero è adsorbito e separato con acqua di risciacquo dell’impianto di decappaggio e successivamente con acqua pura. L’acido cloridrico così rigenerato ha una concentrazione di circa il 18% e può essere stoccato in serbatoi e utilizzato dalla linea di decappaggio. Questo sistema è in grado di rigenerare acido cloridrico da soluzioni con diverse concentrazioni. L’efficienza di recupero è maggiore rispetto a tutte le altre tecniche raggiungendo valori maggiori del 99%.

o Arrostimento a spruzzo: è una tecnica utilizzata sia per acido cloridrico che per acidi misti (HF/HNO3). La separazione piroidrolitica del cloruro di ferro e dell’acqua avviene all’interno di un reattore a 450°C. I gas caldi dal reattore sono immessi all’interno di uno scrubber Venturi dove sono raffreddati preconcentrando l’acido esausto. L’acido in questo modo pre-concentrato è spruzzato nel reattore dall’alto. Nella discesa il calore determina l’evaporazione dividendo l’acido cloridrico e l’ossido di ferro attraverso la seguente reazione:

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3

L’ossido di ferro si concentra sul fondo del reattore da dove viene convogliato pneumaticamente ad un serbatoio dedicato e qui valorizzato come sottoprodotto per la produzione di materiali magnetici. L’acido cloridrico in forma gassosa, il vapore e i gas di combustione sono condotti ad una colonna di assorbimento. L’acido cloridrico è assorbito dalla colonna e separati con acqua di risciacquo proveniente dalla linea di decappaggio. I fumi rimanenti sono depurati. L’acido rigenerato ad una concentrazione di circa il 18% che può così essere utilizzato direttamente nel processo di decappaggio. Per quanto riguarda il recupero di acidi misti il processo risulta sostanzialmente lo stesso, mentre è leggermente diverso l’impianto di depurazione dei fumi che necessita di un convertitore catalitico per gli NOX.

• rigenerazione elettrolitica: è basata sulla precipitazione del ferro al catodo e alla formazione di acido all’anodo. Nella rigenerazione elettrolitica dell’acido cloridrico si formano gas contenenti cloro che dovranno essere aspirati. Per quanto riguarda invece la rigenerazione dell’acido solforico anodo e catodo sono separati da una membrana a scambio ionico ed è necessario un altro elettrolita (solfato d’ammonio). Il ferro precipita in piatti di acciaio catodici mentre gli ioni solfato presso l’anodo ri-formano l’acido solforico.

• membrana bipolare: Il sistema prevede dapprima il recupero dell’acido libero (es. attraverso dialisi per diffusione). La soluzione rimanente di acido esausto viene neutralizzata con una base (es. KOH) generando ossidi di metalli e sali (es. KCl o nel caso di acidi misti KF). Gli idrossidi di metallo precipitano come fanghi e possono poi venire disidratati. La soluzione di sali è invece mandata nel sistema a membrana bipolare. La membrana utilizzata è composta di due strati distinti caricati uno positivamente e l’altro negativamente. Quando vi è passaggio di corrente elettrica i cationi (potassio) passano attraverso la membrana di scambio cationico, gli anioni (cloruro, fluoruro) attraverso le membrane di scambio anionico. Anioni e cationi vanno a posizionarsi così in due setti separati. In setti paralleli a causa della membrana bipolare l’acqua è continuamente dissociata in ioni H+ e OH-. Sono così generati acidi e basi (es. KOH, HCl). L’acido rigenerato può essere utilizzato per il decappaggio, la base è utilizzata per la fase di neutralizzazione.

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• Evaporazione: è un sistema di rigenerazione utilizzato per le soluzioni esauste utilizzate per il decappaggio con acidi misti (HF/HNO3). Gli acidi esausti sono fatti reagire a caldo (80 °) con acido solforico in modo che nitrati (ES. NiNO3) e fluoruri (es.CrF2) di metallo formino metallo solfati liberando gli acidi. Acqua, HF e HNO3 sono quindi vaporizzati e condensati. La soluzione di solfato di metallo è ulteriormente riscaldata e aggiunta di acido solforico in modo da estrarre ulteriore acido e cristallizzare i solfati metallici. I solfati sono infine ispessiti e vengono dunque separati dall’acido solforico che può essere riutilizzato.

Tali sistemi sono utilizzati nella laminazione a freddo, rivestimento a caldo per immersione continua e trafilatura.

Tecnica: Decapaggio a cascata In questo caso il decapaggio è effettuato su 2 o 3 vasche poste in serie. Il flusso di acido scorre (in modo continuo o discontinuo) in verso contrario rispetto a quello del pezzo da trattare da un bagno all’altro. In questo modo è possibile ridurre il consumo di acido e la produzione di soluzione acida decapante esausta mantenendo altresì una buona qualità del processo. Questa tecnologia è applicabile in impianti nuovi ed esistenti di trafilatura, rivestimento a caldo, etc . L’unico limite può essere la mancanza di spazio necessaria per accogliere più vasche. Da un punto di vista economico i costi di questa tecnologia includono:

maggiore spazio, maggiore superficie del pavimento resistente all’acido, e doppi contenimenti più ampi;

una o due vasche supplementari e un sistema di pompaggio annesso; un software di gestione più complesso per il monitoraggio del livello e delle concentrazioni

dei bagni di decapaggio; un software dedicato alla gestione e controllo dei tempi di permanenza nel caso sia

necessario, per diverse tipologie di manufatti, tempi di decapaggio differenti.

Tecnica: Riscaldamento indiretto degli acidi tramite scambiatori di calore o combustione sommersa Diversi possono essere i metodi per riscaldare le soluzioni acide. Tra questi è sconsigliato quello dell’immissione di vapore all’interno del bagno in quanto viene in definitiva effettuata una diluizione non utile. Le tecnologie consigliate invece da un punto di vista ambientale sono due, e in particolare: • scambiatori di calore: risultano molto vantaggiose allorquando sia possibile recuperare calore da altri

processi, affinché siano in grado di scambiare in modo efficiente calore però è necessaria una superficie importante.

• Bruciatori sommersi: hanno una migliore efficienza di trasferimento anche se determinano maggiori consumi energetici. Anche i fumi di combustione (CO, NOX, etc.) prodotti possono determinare problematiche di salubrità degli ambienti di lavoro.

Tecnica: Utilizzo a cascata della soluzione di sgrassatura La soluzione basica utilizzata per la sgrassatura elettrolitica è riutilizzata successivamente nella fase di sgrassatura attraverso spray. La soluzione infine esausta successiva alla fase spray può essere rigenerata esternamente. Questa tecnologia permette di ridurre i consumi di soluzione sgrassante (e acqua) nonché gli apporti di acque reflue da trattare e i conseguenti fanghi di depurazione, determina però un aumento dei

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consumi energetici. I costi di investimento sono medi mentre bassi di costi di gestione. La tecnologia è applicabile al settore del rivestimento a caldo.

Tecnica: Separazione dei bagni di decappaggio – strippaggio Gli acidi esausti miscelati contenenti grandi quantità di sali di ferro e zinco sono molto difficilmente riutilizzabili o riciclabili. Tenere separati i due bagni permette dunque di ridurre i quantitativi di rifiuti e permettere un più facile ed economico recupero. Si applica alla zincatura discontinua.

Tecnica: Aumento della vita utile del bagno di flussaggio Dopo il decapaggio i manufatti in acciaio sono risciacquati in vasca di lavaggio statica oppure attraverso più immersioni in altrettante vasche. Il lavaggio è effettuato per evitare il trascinamento, all’interno del bagno di flussaggio sia di liquido di decapaggio, che altera il pH, sia di ioni Fe++ che inquinano la soluzione flussante riducendone la vita operativa. Per gli impianti esistenti l’unico limite può essere rappresentato dalla mancanza di spazio per la vasca o le vasche di lavaggio.

Tecnica: Sistemi di lavaggio e riutilizzo del bagno di risciacquo Dopo il decapaggio i manufatti in acciaio possono essere risciacquati in una vasca di lavaggio. Allorquando l’acqua di lavaggio raggiunga livelli di contaminazione tali da renderla non più utilizzabile essa può essere utilizzata per i rabbocchi del bagno precedente di decapaggio. Con una gestione accurata è poi possibile riutilizzare completamente l’acqua di lavaggio per i rabbocchi della vasca di decapaggio producendo dunque scarichi idrici solo in casi eccezionali.

Tecnica: Recupero di liquidi di flussaggio da liquidi di decapaggio/strippaggio esausti L’acido cloridrico esausto da decapaggi e strippaggi combinati, caratterizzato da elevate concentrazioni di zinco e ferro, può essere processato ed essere successivamente utilizzato come liquido di flussaggio. Dopo l’ossidazione con perossido di idrogeno la soluzione viene neutralizzata con ammoniaca determinando la deposizione di idrossido di ferro che viene così separato sotto forma di fango. Il liquido rimanente contiene elevate concentrazioni di cloruro di zinco e ammonio e può essere riutilizzato come soluzione flussante. Questo sistema permette di ridurre i consumi di sostanze pericolose (soluzione flussante) e al contempo di ridurre la produzione di rifiuti pericolosi (soluzioni di decapaggio/strippaggio esauste). Si applica al processo di zincatura discontinua. Il sistema è considerato BAT solo laddove le vasche di decapaggio e strippaggio non siano separabili.

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Tecnica: Sistemi di rigenerazione dei bagni di flussaggio La rigenerazione dei bagni di flussaggio è possibile in situ attraverso diverse tecniche quali:

ossidazione elettrolitica: il passaggio di corrente elettrica attraverso la soluzione determina un ambiente ossidante che trasforma il Fe2+ a Fe3+ che precipita come idrossido di ferro e viene separato dalla soluzione

colonna a scambio ionico: il processo inizia con una filtrazione che ha lo scopo di eliminare possibili particelle solide che possono creare problemi al funzionamento della colonna. È aggiunto successivamente NaOH per raggiungere il pH ottimale. La soluzione è a questo punto fatta passare per una colonna a scambio ionico che adsorbe ioni ferro. Il liquido che fuoriesce dalla colonna può essere così riutilizzato per il flussaggio. Una volta saturata la resina è rigenerata attraverso una soluzione di HCl che porta in soluzione e allontana gli ioni ferro.

con aggiunta di H2O2: il bagno esausto è immesso all’interno di un reattore in cui è presente ammoniaca e idrogeno perossido che rispettivamente servono per mantenere un determinato pH e potenziale redox. Il ferro ossida e precipita come fango costituito da idrossidi di ferro. Questo fango è poi disidratato con filtro pressa e il liquido che ne fuoriesce può essere riutilizzato nel bagno di flussaggio.

Nel caso in cui non sia possibile installare apposito impianto, può essere demandata esternamente a ditte specializzate. La rigenerazione dei bagni di flussaggio permette di ridurre i costi di acquisto di sostanze pericolose e di gestione dei rifiuti costituiti dalle soluzioni esauste. Si applica al processo di zincatura discontinua. PROCESSO DI RIVESTIMENTO

Tecnica: Copertura del bagno di piombo durante il patentamento Mantenere una copertura del bagno fuso di piombo durante la fase di patentamento eventualmente attraverso uno strato protettivo o una chiusura mobile permette di minimizzare le perdite per ossidazione di ossidi di piombo e ridurre le perdite energetiche.

Tecnica: Depurazione e riutilizzo della soluzione di fosfatazione e passivazione/cromatura La soluzione di fosfatazione e cromatura/passivazione può essere filtrata e ricircolata. Solo una minima parte di essa è periodicamente smaltita come rifiuto. In questo modo è possibile consumare un quantitativo minore di soluzione e inoltre minore sarà il carico dell’impianto di trattamento delle acque di risciacquo e dei fanghi di depurazione prodotti dall’impianto stesso. Questa tecnologia è applicabile a impianti nuovi o esistenti (in questo ultimo caso necessita di spazi sufficienti). I consumi energetici possono aumentare a causa del funzionamento dell’impianto di ricircolo e filtrazione.

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Tecnica: Utilizzo di cilindri spremitori All’uscita di ogni bagno di trattamento (fosfatazione/passivazione) i pezzi sono fatti passare attraverso cilindri che hanno la funzione di drenare la parte di soluzione ancora presente sull’oggetto trattato e convogliarla nel bagno. In tal modo non si perdono agenti chimici e i bagni successivi non sono inquinati.

Tecnica: Accorgimenti per la riduzione del consumo energetico nei processi di rivestimento elettrolitico Diversi possono essere gli interventi di tipo gestionale o tecnologico atti a ridurre i consumi di energia elettrica nei processi di rivestimento elettrolitico. Tra questi ricordiamo: • la minimizzazione delle perdite di energia reattiva mantenendo il valore di cos Φ sempre superiore al

valore di 0,95; • riduzione della caduta di differenza di potenziale tra elettrodi e connettori riducendo la distanza tra gli

anodi e i raddrizzatori di corrente. • accrescere la conduttività della soluzione attraverso speciali additivi.

Tecnica: Accorgimenti per la riduzione dei consumi di energia termica nei bagni chimici ed elettrochimici Svariati possono essere gli accorgimenti atti a ridurre i consumi di energia termica necessari per il riscaldamento dei bagni chimici di processo. Tra questi ricordiamo: • coibentazione delle vasche di processo in cui sono utilizzate soluzioni riscaldate; • ottimizzazione delle aspirazioni:compatibilmente con le necessità di sicurezza degli ambienti di lavoro

può essere utile evitare aspirazioni forzate delle vasche riscaldate qualora esse possano essere ubicate, assicurando la medesima salubrità degli ambienti di lavoro, per esempio nelle vasche successive nelle quali la soluzione non deve essere riscaldata;

• copertura delle vasche in cui sono presenti bagni riscaldati; • preriscaldamento attraverso scambiatori di calore dei bagni: diverse possono essere le fonti di calore che

può essere recuperato per pre-riscaldare le soluzioni quali soluzioni esauste, acque di raffreddamento di impianti, etc.

Tecnica: Miglioramento dell’efficienza dei bagni chimici L’agitazione della soluzione nei processi chimici attraverso turbolenza idraulica o agitazione meccanica dei pezzi da trattare permette il ricambio della soluzione nell’interfaccio soluzione-metallo migliorando l’efficienza della soluzione e riducendo così la necessità di più frequenti sostituzioni del bagno chimico e riducendo così i consumi di sostanze chimiche e la produzione di rifiuti liquidi pericolosi mantenendo inoltre alti livelli qualitativi. Non sono da considerare BAT l’agitazione di bagni contenti cianuro (CN) e altre sostanze

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particolarmente pericolose e volatili e non è ammessa l’insufflazione di aria ad alta pressione. In caso di insufflazione di aria a bassa pressione sono necessarie alcuni accorgimenti (es. aspirazione).

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Quadro sintetico di correlazione tra tecniche pulite e fattori ambientali Le implicazioni ambientali determinante dalle varie tecnologie di miglioramento sono diverse in quanto possono essere molteplici i benefici conseguibili attraverso l’adozione delle varie soluzioni prospettate. Può quindi risultare utile la consultazione della seguente scheda riassuntiva che esplicita i fattori ambientali migliorati dalle varie tecniche e gli specifici campi di applicazione. TECNICHE SETTORE METALMECCANICO

SPECIFICO

FATTORE

AMBIENTALE

Utilizzo di combustibili a minor impatto ambientale Tutti Aria

Bruciatori a bassa emissione di ossidi di azoto (low-NOx)

Tutti Aria

Sistemi vari per l’incremento dell’efficienza delle apparecchiature elettriche

Tutti Energia

Sistemi di compressione dell’aria Tutti Energia

Tecnologie per il miglioramento del rendimento di bruciatori e centrale termiche

Tutti Energia

Sistemi di cogenerazione Tutti Energia

Sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili Tutti Energia

Circuito chiuso delle acque di raffreddamento e sistemi di raffreddamento a basso consumo energetico

Tutti Acqua

Trattamento e riutilizzo dell’acqua Tutti Acqua

Sensori applicati a sistemi a getto di pressione Tutti Acqua

Sfruttamento delle acque piovane Tutti Acqua

Depurazione e ricircolo della soluzione sgrassante Formatura e Lavaggio/Sgrassaggio Acqua

Sistema a cascata delle acque di risciacquo e riutilizzo dell’over-flow

Lavaggio/Sgrassaggio e Rivestimento Acqua

Lubrificazione elettrostatica Formatura e Finitura Sostanze pericolose

Rilevatori di perdite Formatura Sostanze pericolose

Depurazione e riutilizzo di lubrificanti Finitura Sostanze pericolose

Separazione dell’olio dalle acque di drenaggio e riutilizzo dell’olio recuperato

Formatura Sostanze pericolose

Unità di controllo erogazione oli per produzione emulsioni

Finitura Sostanze pericolose

Raccolta e recupero differenziato degli scarti metallici

Tutti Materie prime

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TECNICHE SETTORE METALMECCANICO

SPECIFICO

FATTORE

AMBIENTALE

Strategie per ridurre gli impatti del packaging Tutti Imballaggi

Recupero e riutilizzo delle emulsioni Verniciatura e Finitura Rifiuti e scarti

Demineralizzazione dell’acqua utilizzata per emulsioni

Finitura Rifiuti e scarti

Recupero energetico oli esausti Formatura Rifiuti e scarti

Utilizzo di separatori di fanghi di molatura Finitura Rifiuti e scarti

Stoccaggio in sicurezza di particolari tipologie di metalli

Tutti Rifiuti e scarti

Accorgimenti per la riduzione del rumore Tutti Rumore

Vernici a base acquosa Verniciatura Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Vernici ad alto solido Verniciatura Aria

Vernici in polvere Verniciatura Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Altre vernici Verniciatura Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Tecniche di verniciatura Verniciatura Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Prodotti per lo sgrassaggio/lavaggio industriale a minor impatto ambientale

Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Tecniche a minor impatto per la pulizia/sgrassaggio e sverniciatura di metalli

Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Spazzolatura Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose

Getti ad alta e bassa pressione Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose

Lavaggio a vapore Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose

Lavaggio al plasma Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Pulizia con fluido supercritico Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Asportazione laser Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

UV/Ozono Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Lampade flash allo xenon Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Termosverniciatura Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Rimozione in letto fluido Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

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SPECIFICO

FATTORE

AMBIENTALE

Bagni in sale fuso Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Processo criogenico con utilizzo di azoto liquido Lavaggio/Sgrassaggio Aria Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Accorgimenti per la riduzione dei consumi idrici Lavaggio/Sgrassaggio Acqua Sostanze pericolose Rifiuti e scarti

Risciacquo spray Lavaggio/Sgrassaggio Acqua Sostanze pericolose

Rigenerazione e riutilizzo dell’acqua di risciacquo Lavaggio/Sgrassaggio Acqua

Tecniche di risciacquo multiplo Lavaggio/Sgrassaggio Acqua

Accorgimenti per la riduzione degli sprechi energetici nei trattamenti termici

Formatura Energia

Circuito chiuso del bagno di tempra Formatura Acqua

Ottimizzazione del rapporto stechiometrico durante il processo termico in forno

Formatura Aria

Preriscaldamento del materiale invece che dell’aria in entrata al forno

Formatura Aria

Accorgimenti per il risparmio energetico Formatura Energia

Utilizzo di Coil box Formatura Energia

Colata semifinita e colata in bramme sottili Formatura Energia

Massimizzazione del caricamento a caldo Formatura Energia

Ricircolo acque e recupero scaglie Formatura Acqua

Rifiuti e scarti

Depurazione e ricircolo della soluzione di sgrassatura

Laminazione Sostanze pericolose

Rifiuti e scarti

Acqua

Misure generali per la riduzione del consumo di acidi in fase di decappaggio

Rivestimento Sostanze pericolose Rifiuti e scarti Acqua

Recupero di acidi liberi Rivestimento Sostanze pericolose Rifiuti e scarti Acqua

Rigenerazione di acidi Rivestimento Sostanze pericolose Rifiuti e scarti Acqua

Decappaggio a cascata Rivestimento Sostanze pericolose Rifiuti e scarti Acqua

Riscaldamento indiretto degli acidi tramite scambiatori di calore o combustione sommersa

Rivestimento Energia Aria

Utilizzo a cascata della soluzione di sgrassatura Rivestimento Sostanze pericolose Rifiuti e scarti Acqua

Separazione dei bagni di decappaggio-strippaggio Rivestimento Sostanze pericolose Rifiuti e scarti Acqua

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SPECIFICO

FATTORE

AMBIENTALE

Aumento della vita utile del bagno di flussaggio Rivestimento Sostanze pericolose Rifiuti e scarti Acqua

Sistemi di lavaggio e riutilizzo del bagno di risciacquo


Recupero di liquidi di flussaggio da liquidi di decappaggio/strippaggio esausti


Sistemi di rigenerazione dei bagni di flussaggio Rivestimento Sostanze pericolose Rifiuti e scarti Acqua

Copertura del bagno di piombo Rivestimento Aria Energia

Depurazione e riutilizzo della soluzione di fosfatazione e cromatura


Utilizzo di cilindri spremitori Rivestimento Sostanze pericolose Rifiuti e scarti Acqua

Accorgimenti per la riduzione del consumo energetico nei processi di rivestimento elettrolitico

Rivestimento Energia

Accorgimenti per la riduzione dei consumi di energia termica nei bagni chimici ed elettrochimici

Rivestimento Energia

Miglioramento dell’efficienza dei bagni chimici Rivestimento Sostanze pericolose Rifiuti e scarti Acqua

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Glossario Decappaggio: L'operazione di decapaggio può essere effettuata principalmente in tre modi: Pulizia Chimica, Pulizia Elettronica o Pulizia Meccanica. Il decapaggio è un operazione effettuata per eliminare tramite acido o altra sostanza chimica (decappaggio chimico) la patina di ruggine dai prodotti siderurgici laminati a caldo. I materiali che solitamente sono soggetti a decapaggio sono gli acciai che a causa delle alterazioni termiche dovute alle lavorazioni degli stessi (quali ad esempio le saldature) perdono, soprattutto nel punto in cui sono stati lavorati, parte del cromo che li rende inattaccabili (inossidabili) esponendo all'ambiente la loro parte più vulnerabile: il ferro. Discagliatura: Operazione di rimozione a caldo dello strato di ossido superficiale delle billette ottenuta mediante getto di acqua o aria ad alta pressione. Flussaggio: durante questo processo il metallo da zincare è immerso o spruzzato con una soluzione di cloruri di zinco e ammonio. Tale trattamento riveste la superficie di una pellicola protettiva, che impedisce l'ossidazione del pezzo, finché quest'ultimo viene immerso nello zinco fuso, e migliora la reazione tra il ferro della superficie d'acciaio e lo zinco. Fosfatazione: è un processo chimico mediante il quale si altera la superficie di un materiale metallico, creando dei cristalli fosfatici legati chimicamente al substrato col fine di sfruttare le proprietà di questi composti per migliorare la resistenza alla corrosione e favorire l’adesione della successiva verniciatura Fresatura: è una lavorazione meccanica a freddo per asportazione di truciolo, che permette di realizzare un pezzo finito, la cui forma è stata definita a progetto, partendo da un pezzo grezzo di metallo e asportando il materiale in eccesso, che è detto sovrametallo. Per poter realizzare il pezzo finito è necessario che questo possa essere inscritto nel pezzo di partenza da cui verrà asportato il sovrametallo. La lavorazione viene effettuata mediante utensili detti frese, montate su macchine utensili quali fresatrici o fresalesatrici. Granigliatura: nota anche come “sabbiatura” si tratta di una lavorazione superficiale utilizzata per preparazione delle superfici a successive applicazioni di un qualsiasi rivestimento protettivo come la verniciatura. Permette di pulire l’oggetto da agenti contaminanti come ossidi formati a caldo o a freddo per corrosione (ruggine), residui di saldatura o brasatura; eliminazione di piccole bave da pezzi stampati e presso fusi. Lappatura: un'operazione meccanica che si esegue su una superficie metallica per rendere minima la sua rugosità; utilizzando appropriati abrasivi è possibile portare le superfici a specchio. Molatura: E' una lavorazione meccanica di asportazione superficiale di materiale metallico mediante disco rigido o flessibile, ricoperto di materiale abrasivo, che posto ad elevata rotazione, opera la citata asportazione. L'utensile in senso lato è costituito di un motore elettrico o pneumatico, che mette in rotazione l'utensile vero e proprio costituito dal disco. Nelle costruzioni previste in questa voce essa può essere svolta anche per sagomare i bordi della lamiera oltre che per asportare l'eccesso di materiale di apporto di saldatura e può perfino essere utilizzato per tagliare le lamiere. Passivazione: un processo di formazione di ossido protettivo sulle superfici degli acciai. Anche la passivazione, che è normalmente eseguita dopo il decappaggio, avviene per mezzo di soluzioni acide e/o agenti chimici. È il trattamento chimico per eccellenza nella protezione superficiale della resistenza alla corrosione dei metalli e ha lo scopo di potenziare la formazione spontanea di un film passivante e protettivo. Patentamento: è una forma di tempra consistente nel far passare con movimento continuo un filo di acciaio all'interno di un bagno termale di piombo fuso a 500°C. lo shock termico determina una trasformazione della struttura cristallina della lega di acciaio (perlite) caratterizzata da ottime qualità meccaniche e particolarmente adatta alla trafilatura. PFOS: I perfluorottano sulfonati (PFOS) sono anioni disponibili in commercio sotto forma di sali, prodotti derivati e polimeri. Le sostanze di tipo PFOS sono state utilizzate principalmente per rendere resistenti ai grassi, oliorepellenti e idrorepellenti materiali quali i tessuti, i tappeti, le tappezzerie, i pellami,

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l'abbigliamento, la carta e in generale i rivestimenti. Altri impieghi, quantitativamente più limitati, riguardano i settori della cromatura, della fotografia, della fotolitografia, delle schiume antincendio e dei fluidi idraulici per l'aviazione. Visto che i PFOS sono persistenti nell'ambiente, tendono al bioaccumulo e sono tossici per i mammiferi Rettifica: procedura eseguita con una macchine chiamata Rettificatrice, che ha come utensile una mola a grana fine ed estremamente dura. Serve per portare un qualsiasi componente nello stato di forma o superficie ottimale di progetto togliendo tutti i residui o materiale in eccesso e facendo raggiungere alla superficie lavorata un alto grado di finitura. Ricottura: consiste nel riscaldamento ad una temperatura solitamente inferiore a quella di fusione, seguito dalla permanenza di durata opportuna e da un lento raffreddamento (in forno). Tramite la ricottura viene alterata la microstruttura del materiale, causando mutamenti nelle sue proprietà quali la flessibilità e la durezza. Il risultato tipico è la rimozione dei difetti della struttura cristallina. Satinatura: è un'operazione che consiste nel martellamento superficiale eseguito a freddo mediante un violento getto di pallini sferici o di cilindretti; le macchine che eseguono detto trattamento, le pallinatrici, proiettano il getto verso i pezzi da lavorare tramite una girante centrifuga in rapida rotazione oppure tramite aria compressa. In ogni caso i materiali utilizzati per la graniglia possono essere ghisa, acciaio, vetro e, più raramente, ceramica. La pallinatura provoca una compressione superficiale, in quanto il suo getto induce una deformazione plastica che si propaga fino ad alcuni decimi di millimetro nel materiale considerato. Tecnicamente essa serve a migliorare la distribuzione delle tensioni superficiali, aumentando la resistenza a fatica del pezzo trattato. Scriccatura: E' una lavorazione tecnologica che consiste nella eliminazione di eventuali difetti, denominati cricche, presenti all'interno dei getti di fusione o all'interno dei giunti saldati. L'eliminazione delle cricche è indispensabile in quanto questi difetti, che altro non sono se non delle mancanze di continuità dei materiale, devono essere rimossi al fine di eliminare eventuali possibilità di rottura dei pezzi o dei particolari che la contengono. L'operazione tecnologica di scriccatura può avvenire o mediante l'utilizzo di utensili ad azionamento elettrico o pneumatico quali le mole oppure anche utilizzando un particolare processo di saldatura con elettrodo di grafite ed aria compressa. L'operazione di scriccatura si effettua scavando nella zona dove è stata individuata la cricca al fine di poter ripristinare, con le passate di saldature, la continuità della giunzione o dei materiale. Nel gergo corrente alcuni addetti chiamano scriccatura anche l'operazione di asportazione dell'eccesso di materiale di apporto nelle giunzioni saldate. Strippaggio: processo attraverso il quale è possibile con l’immersione in acidi (solitamente acido cloridrico) la rimozione dello strato di zinco da pezzi metallici. Tornitura: un processo di produzione industriale ottenuta per asportazione di truciolo. La tornitura viene definita da un moto rotatorio del pezzo e un moto per lo più rettilineo dell'utensile (nella fresatura e nella foratura l'utensile possiede un moto rotatorio). Il tagliente dell'utensile penetra nel materiale del pezzo e ne stacca la parte in eccesso (sovrametallo) formando così un truciolo. La macchina utensile usata per la tornitura è il tornio.

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Bibliografia

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• http://www.cage.rti.org/index.cfm

• http://www.sage.rti.org/altern.cfm

• Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC): Reference Document on Best Available

Techniques in the Ferrous Metals Processing Industry (December 2001)

• Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC): Reference Document on Best Available

Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics (August 2006)

• Verniciatura a basso impatto ambientale, A. Vignali, Pitagora Editrice Bologna, 1994.

• Studio su tecnologie più pulite per i settori produttivi della Provincia di Lecco, Ambiente Italia –

Istituto di ricerche.

• Environmental Protection Agency (USA)

• http://www.epa.gov

• Pacific Northwest Pollution Prevention Resource Center

• http://www.pprc.org

• North Carolina Division of Pollution Prevention and Environmental Assistance (DPPEA)

• http://www.p2pays.org/

Per ulteriori informazioni consultare il sito web: www.tecnologiepulite.it

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