L’estrazione del talco e l’economia circolare: un rapporto possibile?

Il talco e le sue applicazioni
Il talco è il minerale più tenero in natura, è un silicato di magnesio idrato con abito cristallino lamellare.
Molteplici sono i suoi impieghi, dall'industria plastica, della carta, delle ceramiche, delle vernici, dell'agricoltura, dell'alimentazione animale, fino ad arrivare alla cosmesi e al settore farmaceutico.
• Materie plastiche: per la sua caratteristica di lamellarità (è un fillosilicato), il talco è un additivo funzionale in diverse applicazioni per la realizzazione di polimeri. Trova ad esempio largo utilizzo nel settore automobilistico (cruscotti, paraurti, finiture interne), elettrodomestici, arredi da giardino e imballaggi.
• Industria della carta: il talco viene impiegato come adsorbente delle impurità organiche contenute nella cellulosa (resine) e come agente per la de-inchiostrazione delle carte riciclate. Inoltre, nella carta patinata ne migliora la levigatezza e le caratteristiche di stampabilità.
• Pitture e vernici: il talco conferisce uniformità di asciugatura, migliora l'effetto opacizzante, la resistenza alla screpolatura e alla corrosione.
• Industria della ceramica: il talco, con il suo basso contenuto di ferro, agisce da coadiuvante di fusione favorendo la "vetrificazione". Abbassando le temperature di processo ed il tempo di cottura, consente inoltre una significativa riduzione dei costi.
• Agricoltura: come agente anti-impaccante per lo spolvero superficiale di mangimi e fertilizzanti, il talco permette un miglior controllo dell'umidità e garantisce adeguata scorrevolezza nelle fasi di lavorazione e di estrazione dai sili.
• Farmaceutica e Cosmesi: inerte, il talco trova impiego come supporto dei principi attivi sotto forma di pillole e altri preparati farmaceutici. Come ingrediente nei cosmetici, è agente opacizzante in fondotinta e make-up, addensante in preparati liquidi.

Una sfida nel settore del talco
Negli ultimi anni, tutti i settori di utilizzo del talco sono stati caratterizzati da importanti ristrutturazioni ed acquisizioni che hanno portato a concentrare le produzioni nelle mani di un numero sempre più limitato di attori in conseguenza di un processo di globalizzazione sempre più spinto.
La ricerca di applicazioni sempre più sofisticate da parte degli utilizzatori del talco e l'esigenza sempre più sentita della qualità delle materie prime impongono alle aziende minerarie del settore di avere accesso a giacimenti e a sviluppare prodotti ad elevate prestazioni, partendo da risorse disponibili, così come rinvenibili in natura, non sempre adatte ad un utilizzo così raffinato.
All'interno di tale contesto, la società Imi Fabi S.p.A. opera nel settore dell'estrazione, della produzione e della vendita di minerali industriali di talco, con particolare attenzione rivolta all'assistenza tecnica e alle attività di Ricerca e Sviluppo. Sin dalla data della sua fondazione, in Valmalenco nel 1950, ha avuto come oggetto l'attività mineraria con particolare riferimento alla ricerca, all'estrazione, all'arricchimento e alla commercializzazione del talco in una vasta gamma di prodotti per molteplici destinazioni industriali. Imi Fabi è da sempre impegnata nel miglioramento continuo dei processi mediante l'adozione dei Sistemi di gestione aziendali per gli ambiti della Qualità (ISO 9001:2015), dell'Ambiente (ISO 14001:2007) della Sicurezza (OHSAS 18001:2007) e dell'Energia (ISO50001:2011). In aggiunta, è altresì implementato il sistema FAMI-QS per la corretta gestione della sicurezza nella realizzazione di additivi destinati alla preparazione di mangimi.
Grazie ad un attento controllo dei processi e alla dedizione di tutto il personale, Imi Fabi è divenuta oggi uno dei più importanti produttori mondiali di talco, soprattutto nel campo delle materie plastiche dove i suoi prodotti sono riconosciuti per qualità, puntualità ed efficienza di servizi.
Dalla cartina si può notare la presenza capillare di Imi Fabi nel mondo, a livello di stabilimenti di produzione e di siti estrattivi gestiti direttamente, localizzati in Valmalenco (SO), in Sardegna (NU) in Brasile (Bahia) e in Australia Occidentale (Mount Seabrook). In particolare, la realtà mineraria della Valmalenco rappresenta oggi il terzo più importante polo produttivo europeo di talco ed il primo in Italia in termini di volume e fatturato. Diversi i mercati di sbocco: il 50% della produzione è esportata principalmente nei paesi della Comunità Europea e nei Paesi del bacino Mediterraneo ma nicchie importanti di mercato nel settore della plastica si hanno in particolare in Medio Oriente, nel Sud Est dell'Asia, in Australia e nelle Americhe.
Il continuo aggiornamento tecnologico dell'azienda a tutti i livelli ha consentito di ottenere un aumento continuo della produttività aziendale ed una maggiore valorizzazione del minerale estratto. Lo dimostra il fatturato aziendale cresciuto nell'ultimo decennio mediamente del 15% ogni anno.
Nelle mutate condizioni competitive vanno inquadrate le recenti acquisizioni in Belgio, Austria e Brasile di Imi Fabi dovute alla necessità di avvicinarsi ai clienti per garantire loro la fornitura di prodotti di alta qualità sempre più performanti.
In particolare, l'acquisizione della miniera di Cabeceiras e dello stabilimento Catiboaba, oltre che alla concessione mineraria Coitè, hanno permesso di presidiare un polo strategico che, oltre ad un'ottima posizione geografica, spicca per la quantità e qualità della risorsa. Ma ad un patto: che la risorsa sia completamente sfruttata. La miniera Cabeceiras ha un rapporto talco sterile di 1 a 12. Presenta una complessità geologica notevole che, in via semplificativa a livello puramente funzionale, si può riassumere con 3 differenti classi di prodotto da movimentare in fase di coltivazione. Le 3 classi di prodotto si presentano con tre facies distinte e differenti caratteristiche tessiturali. La parte compatta (C) e la parte fratturata (F) - che insieme rappresentano circa il 50% del prodotto - non possono essere trattate con l'impianto attuale e sono stoccate in aree di pertinenza mineraria dove formano importanti cumuli di prodotto potenzialmente recuperabili in futuro con una differente configurazione a livello impiantistico. Del restante 50%, che chiameremo per facilitare la comprensione "T", solo il 30% può essere inviato in stabilimento dopo il processo di vagliatura e selezione manuale "T1". Il restante 70% del "T" viene separato nell'impianto di vagliatura e selezione dalla parte di sterile e distinto in 3 ulteriori sottoclassi (per semplicità T2, T3 e T4), non utilizzabili con l'attuale assetto impiantistico di Catiboaba.
Di seguito uno schema del processo di estrazione, selezione e trasferimento all'impianto.
Date queste premesse, appare evidente che la sfida sia l'ottimizzazione del processo minerario e del processo di arricchimento del minerale. Garantendo al cliente un prodotto di alta qualità con specifiche standardizzate, è necessario ottimizzare il recupero del talco riducendo l'impatto economico dovuto alle riprese di minerale e sterile. La flottazione rappresenta la risposta di Imi Fabi alla sfida posta dal contesto.

L'innovazione come elemento chiave di sviluppo nel rispetto dei principi  di economia circolare

La flottazione del talco
Ma perché la flottazione quando lo stato attuale offre alternative più accessibili e di più facile implementazione? La fase di arricchimento del minerale può avvenire attraverso svariati processi che presentano tuttavia diversi livelli di efficacia. La classificazione per vagliatura, la selezione manuale, o la selezione ottica, la separazione elettrostatica non sono che alcune tra le tecniche impiegate in fase di arricchimento. La loro efficacia, allo stato attuale della tecnologia, non è tuttavia sufficiente a garantire i livelli di purezza desiderati.
La flottazione è un processo di selezione per via umida che sfrutta la differenza le caratteristiche chimico-fisico superficiali delle particelle e l'idrodinamicità e idrofobicità delle stesse. Il processo di flottazione è storicamente associato alla selezione di minerali metalliferi dalla ganga. Oggigiorno, tuttavia, esso trova largo impiego anche nella raffinazione di minerali industriali. La flottazione avviene generalmente mediante la dispersione delle particelle di minerale finemente suddivise entro un liquido - solitamente acqua che in funzione delle applicazioni può essere additivata con reagenti - in cui viene creato un moto turbolento per agitazione ed iniettata aria compressa. In tali condizioni, mentre le particelle di minerale a maggiore affinità con il liquido tendono a permanere all'interno del sistema di trattamento, quelle più idrofobiche e con caratteristiche chimico-fisiche superficiali più favorevoli tendono a risalire verso la superficie formando una "schiuma" a diversa composizione. Nel caso della selezione del talco, esso mostra in queste condizioni la naturale tendenza al galleggiamento in virtù di una densità medio bassa (2.7g/cm3), una buona idrodinamicità dovuta alla morfologia lamellare delle sue particelle, ed una spiccata idrofobicità che si traduce in una scarsa affinità a permanere nel mezzo acquoso, per combinarsi più facilmente alle bolle d'aria inserite nel sistema. (Fig. 1)
La flottazione del talco avviene mediante una fase preliminare in cui il minerale viene macinato. A seguito di tale preparazione, il processo procede mediante la circolazione della miscela entro celle denominate "rougher", "scavenger" e "cleaner" a seconda del livello di affinamento della selezione.
Più nel dettaglio, il processo di flottazione procede convenzionalmente con un "rougher" seguito da uno "scavenger" ed una serie di "cleaner" posizionati in serie e con la possibilità di ricircolare gli scarti ("tails") per una maggiore valorizzazione successiva della risorsa. (Fig. 2)
A seguire la flottazione, per l'utilizzo del minerale raffinato è necessaria la fase di asciugatura. Tale processo avviene solitamente mediante l'impiego di filtro pressa ed essiccatore rotativo con bruciatore: tecnologie che, oltre a presentare notevoli svantaggi economici energetici, rappresentano spesso il collo di bottiglia della filiera a livello di capacità oraria.

Il nuovo impianto di Catiboaba: un esempio di eco-design del processo produttivo
Attualmente a Catiboaba solo il 25% della produzione avviene previo trattamento con l'impianto di flottazione, per limiti di produttività si utilizza questo sistema solo per le applicazioni con specifiche più restrittive. La capacità dell'impianto è di circa 1,5t/h, il prodotto viene poi processato nella parte a secco ed eventualmente decontaminato per gli utilizzatori più sensibili. Il restante 75% della produzione viene processato esclusivamente con i sistemi tradizionali a secco.
Durante la fase di studio del mercato e del giacimento (per il quale è stata ultimata nel mese di Giugno una prima massiccia campagna di sondaggi), IMI Fabi ha individuato la flottazione come strategia fondamentale per garantire un elevato controllo qualitativo del minerale. Alla fase di studio è seguita un'attenta progettazione atta a migliorare le strutture esistenti e potenziare l'impianto di Catiboaba con tecnologie all'avanguardia.
A fianco uno schema del nuovo impianto introdotto.
Per arrivare ad arricchire il 100% della produzione con minerale flottato, utilizzando le frazioni mineralogiche talcose attualmente non processabili, è necessario quadruplicare la capacità dell'impianto e ricercare le soluzioni più performanti. L'impianto è stato completamente riprogettato da Imi Fabi e Salvetti Graneroli engineering con una attenta programmazione delle nuove implementazioni tali da non interrompere mai la continuità produttiva e garantire le forniture ai clienti nella fase transitoria.
In sequenza si riassumono di seguito i lavori di potenziamento: verranno installate le nuove celle di flottazione per la prima fase di affinamento a monte dell'impianto attuale. Da queste celle il prodotto sarà processato nelle torri di flottazione pneumatiche esistenti che verranno mantenute e impiegate per un recupero ottimale del minerale. Il prodotto selezionato dalle fasi di flottazione passerà poi alla fase di addensamento e asciugatura. In particolare questa avverrà in un impianto di nuova concezione con un filtro pressa a piastre che, attraverso una tecnologia innovativa, ottimizza il processo di filtraggio del minerale riducendo fino all' 11% l'acqua residua contro il 16% di un impianto tradizionale. Il processo spinto del filtro pressa ottimizza il recupero idrico e, di conseguenza, riduce il fabbisogno energetico per l'asciugatura finale del prodotto con il nuovo essiccatore.
Per finire, l'impianto di trattamento delle acque è stato accuratamente dimensionato e studiato in eco design per ottimizzare la sedimentazione dei fanghi ed evitare completamente l'uso di additivi e flocculanti.
Il nuovo assetto produttivo e l'utilizzo delle tecniche di flottazione del talco portano a benefici diffusi in termini di miglioramento della qualità del prodotto e ottimizzazione della filiera produttiva nel pieno rispetto sostenibilità ambientale.

Livello qualitativo
• maggior controllo del contenuto in metalli pesanti porta a un minor impatto nella filiera.
• elevato controllo sulla qualità del prodotto finito e specifiche standardizzate grazie alla preselezione del minerale.
• Realizzazione di prodotti ad elevata purezza e, nel contempo, rispondenti a specifiche di mercato sempre più selettive (ricerca di prestazioni sempre più elevate), con particolare riferimento al fattore di forma e alle caratteristiche colorimetriche.

Ottimizzazione delle lavorazioni nella filiera produttiva
• L'elevata capacità del nuovo impianto di flottazione darà la possibilità di trattare tutte le classi di prodotto eliminando la fase di selezione manuale.
• Grazie al potenziamento della prima fase di affinamento sarà possibile recuperare e processare anche gli ingenti volumi di prodotto ad oggi provvisoriamente stoccati.
• Riduzione dei costi di manutenzione legati all'usura dei macchinari e alla presenza di minerali indesiderati e fortemente abrasivi.
• Miglioramento della resa energetica del processo di arricchimento.
Volendo sintetizzare, il nuovo eco-design dell'impianto renderà molto più lineari tutti i processi, dall'estrazione alla fase di arricchimento in miniera, e permetterà di differenziare il prodotto e ottenere vantaggi di costo nel pieno rispetto dei principi di sostenibilità ambientale e dell'economia circolare. Più nel dettaglio, sono previste le seguenti attività:
• Possibilità di trattare tutte le classi di prodotto in miniera, riducendo altresì la fase di selezione manuale.
Reimpiego dei cumuli stoccati in miniera di prodotto meno nobile.
• Utilizzo di tutte le zone mineralizzate a talco senza procedere a onerosi processi di selezione e stoccaggio delle diverse classi di prodotto.
• Minor impatto sulla gestione dei rifiuti di lavorazione e degli scarti (impurità associate al minerale).
• Riduzione consumi energetici, con l'inserimento della filtro pressa a piastre di nuova generazione prima del passaggio nell'essicatore finale. Questo consente inoltre di ridurre il consumo idrico e di abbattere i costi di essicazione e di emissione di CO2.
• Riduzione consumi idrici. In particolare, il nuovo impianto di trattamento delle acque, pensato e dimensionato per processare tutta l'acqua senza necessità di additivi e flocculanti. I vantaggi di questa scelta si traducono nel fondamentale risparmio idrico e con ottimizzazione delle attività di ripresa dei limi.
Ma i benefici delle innovazioni impiantistiche di Catiboaba non finiscono qui. Un'altra grande sfida attende il team Imi Fabi: l'immissione dei tailings di flottazione ad alto contenuto di magnesite nel circuito di vendita allocandoli nella nicchia dell'agricoltura. Questo permetterà di ridurre ulteriormente le produzioni di sterili ottimizzando il recupero del giacimento ed eliminando le movimentazioni su gomma infra-sito. u