Estratto dalla relazione al convegno “Sostenibilità e qualità” dei P&E Milano Coating Days 2024 di
Tommaso Giovenzana, Chemtec

Conosciuti in particolare per i nostri prodotti di pretrattamento per superfici metalliche, in particolare per quelli monofase (Toran 3) e nanotecnologici (Pronortec), Chemtec ha una gamma di prodotti e sistemi per il trattamento delle acque reflue, una gamma di svernicianti a bassi impatto ambientale e offre servizi di misurazione e controllo della qualità con un laboratorio all’avanguardia, anche e in particolare per la caratterizzazione dei cicli di verniciatura con strumentazione elettrochimica per analisi veramente accelerati, per esempio il metodo Acet.

Economia lineare ed economia circolare
Viviamo ancora in un mondo di economia “lineare”, che prevede l’estrazione delle materie prime, la trasformazione produttiva, la distribuzione, il consumo e lo smaltimento di quanto prodotto. Con l’aumento dei costi, della crescita demografica e dei consumi, soprattutto nei paesi in via di sviluppo, questo modello economico non è più sostenibile: noi personalmente, e le nostre aziende, dovremo fare la nostra parte per passare a un modello economico-produttivo “circolare”, che preveda riutilizzo, riparazione e riciclo di tutte le materie estratte dal nostro pianeta, minimizzando la creazione di rifiuti, ricuperando e riutilizzando tutti materiali per ridurre l’uso di nuove risorse naturali.

Se a questo nuovo approccio alla produzione e consumo aggiungiamo i problemi che si sono manifestati in questi ultimi anni, pandemia e guerre, e conseguenti aumenti dei costi energetici, logistici, risulta chiaro che passare a un modello di economia circolare farà bene all’ambiente e al portafoglio.

Verniciatura a liquido: depurazione e riuso delle acque del velo
Vediamo come applicare questi principi alla verniciatura, in particolare a quella a liquido. Come in ogni processo di verniciatura a spruzzo, utilizziamo sempre una quantità di vernice che non finisce sul pezzo e definiamo overspray.
Per evitare di disperdere nell’ambiente questo eccesso di vernice possiamo utilizzare dei filtri a secco, che catturano questo overspray. Questi filtri a un certo punto s’intasano, vanno cambiati, smaltiti, si ferma l’impianto di verniciatura per sostituirli: siamo in piena situazione di economia lineare, il filtro intasato è un rifiuto che va smaltito.
Possiamo anche utilizzare cabine a velo d’acqua, dove una cascata d’acqua o “velo” d’acqua posto dietro la zona d’applicazione “lava” l’aria carica di particelle di vernice, catturandone l’overspray.
Anche in questo caso, una volta satura l’acqua del velo, dobbiamo provvedere al suo smaltimento. Ancora una volta, ci troviamo di fronte a una prospettiva di economia lineare.
Possiamo però cercare di rimuovere queste particelle di vernice dall’acqua, riottenere acqua pulita e riciclarla. In questo modo minimizziamo gli smaltimenti, l’acqua viene sempre riutilizzata. È un processo già ampiamente utilizzato, in quest’ottica abbiamo lavorato e lavoriamo affinché questo processo sia sempre più efficiente, sia sotto il profilo della chimica del processo sia della sua impiantistica.
Abbiamo sviluppato prodotti particolarmente performanti, che permettono, in continuo, di coagulare, flocculare e separare i fanghi prodotti dall’acqua – che risulta perfettamente pulita e riutilizzabile nella cabina di verniciatura – ottimizzandone il funzionamento grazie all’uso di impianti che progettiamo e produciamo specificamente per il processo che abbiamo definito e messo a punto caso per caso: sfruttiamo la sinergia perfetta tra prodotti chimici e impianti, per ottenere risultati eccellenti.

Il processo, passo a passo
Come funziona concretamente questo processo? Analizziamolo passo a passo:

• coagulazione: un prodotto coagulante, utilizzando le sue cariche elettrostatiche, separa perfettamente i colloidi della vernice che viene a contatto con l’acqua. La particella di vernice che entra a contatto con l’acqua, additivata con il coagulante, viene “disattivata”, non è più appiccicosa e viene divisa in piccolissimi coaguli che restano sospesi nell’acqua. Sospesi e non più appiccicosi, possono continuare a circolare senza creare problemi al “velo”
• flocculazione: un prodotto flocculante, ottenuto (di solito) con catene polimeriche più lunghe, sempre per via delle cariche elettrostatiche procedono ad aggregare i piccoli coaguli, queste piccole molecole, in forme di dimensioni maggiori, che possono quindi flottare (o sedimentare).

Nella pratica, il velo d’acqua contiene già la quantità necessaria di coagulante (viene iniettato in continuo automaticamente). Non appena le particelle di overspray sono catturate dal velo d’acqua, si formano i piccoli coaguli, che possono ricircolare senza creare disturbo alle pompe e al velo stesso. Il trattamento dell’acqua può essere eseguito a batch oppure in continuo, con un sistema completamente automatico. In quest’ultimo caso l’acqua passa attraverso l’impianto di trattamento, dove viene iniettato l’apposito flocculante. Come detto, il processo chimico è formulato “su misura”, possiamo dunque decidere, in base alle vernici che utilizziamo, se far flottare la vernice oppure sedimentare (si utilizzano impianti diversi). In entrambi i casi l’acqua che esce dal processo è perfettamente pulita.

Impianti
Nelle figure qui pubblicate mostriamo alcuni degli impianti che abbiamo progettato e installato. L’impianto che chiamiamo “reattore verticale” funziona a batch di 500, 1.000 o 2.000 litri alla volta e per sedimentazione, con raccolta della vernice in big-bag inferiore.
Negli impianti in continuo l’acqua del velo entra continuamente, si effettua la separazione per flocculazione, una raschia spinge la vernice flocculata nel big-bag posto al termine del percorso della raschia. Il processo è completamente automatico e in continuo, l’unica cosa che bisogna fare è cambiare il big-bag pieno. Gli impianti in continuo sono dimensionati in base ai volumi d’acqua da trattare, da 7, 15 o 30 m³/ora.

Questo processo permette di non dover mai smaltire le acque inquinate, e di riciclare l’acqua depurata in continuo. Attualmente rimane ancora da smaltire la vernice separata, in cambio il sistema automatico permette di non fermare mai l’impianto d’applicazione per pulirlo, essendo tutto il processo completamente automatico e capace di migliorare drasticamente una risorsa ambientale preziosa come l’acqua.

Trattamento delle acque di pretrattamento
Il trattamento dell’acqua è una fase molto importante anche nei processi di pretrattamento. Una volta lavato il pezzo dev’essere risciacquato e se l’acqua di risciacquo non è perfettamente pulita – contiene minerali o tracce di contaminazione dai trascinamenti della vasca precedente – ciò può comportare un abbassamento della qualità del ciclo di verniciatura o difetti di produzione. Nei casi peggiori questi difetti sono declassati a scarti di produzione che dovranno essere sverniciati, rilavorati, ritrattati, uno spreco di risorse molto alto. La fase di risciacquo è tanto importante almeno come quella di lavaggio.

La nostra azienda disegna e produce gli impianti per trattare le acque in ingresso e riutilizzare queste acque. Si dividono in due famiglie tecnologiche principali, l’osmosi inversa e gli impianti di demineralizzazione:

osmosi inversa: questi impianti funzionano sfruttando un principio di pressione osmotica. Noto da molti anni, applicando una differente pressione tra le due parti di una membrana è possibile separare, in questo caso, l’acqua dai contaminanti. La frazione pura si ricupera e riutilizza, la frazione contaminata, concentrata, viene raccolta e inviata a smaltimento. Le membrane utilizzate a questo fine negli hanno migliorato via via le loro prestazioni e oggi ci permettono di trattare l’acqua in ingresso migliorandone discretamente la qualità.
Tra i vantaggi di questa tecnologia, la loro completa automazione, la virtuale assenza di manutenzione, non utilizzano prodotti chimici e quindi non creano reflui acidi o tossici da smaltire. Tra i limiti, possono trattare l’acqua di rete ma non trattare a circuito chiuso l’acqua dell’ultimo risciacquo – potenzialmente inquinata da tensioattivi o da altri trascinamenti delle fasi anteriori di pretrattamento – e la loro efficienza, non particolarmente alta, anche se sufficiente per ottenere la qualità necessaria per l’ultimo risciacquo. Le soluzioni che abbiamo messo a punto per integrare questa tecnologia è modulare. Il modulo base è da 200 l/ora, può essere installato in serie per ottenere volumi multipli d’acqua osmotizzata (200, 400, 1000, 2000 l/ora) a seconda delle necessità della linea di pretrattamento.
Una tipica applicazione d’uso di questo tipo di impianti è visibile in fig. 17. L’acqua di rete viene osmotizzata e introdotta nell’ultimo risciacquo, da qui inviata controcorrente ai bagni precedenti per il rabbocco dei loro consumi (da evaporazione e trascinamenti). Una interessante uso dell’acqua non appena osmotizzata è quella del suo uso diretto in una rampa di risciacquo finale separata dal circuito di rilancio

demineralizzazione. È un sistema che depura e permette di riciclare l’acqua dell’ultimo risciacquo mediante il suo passaggio attraverso resine anioniche e cationiche capaci di rimuovere tutti gli ioni delle sostanze contaminanti. Di solito è composto da 3 unità, una prima bombola di carboni attivi che rimuove tutte le particelle organiche e poi due bombole, una anionica e una cationica rimuovono gli ioni.
Questo sistema ha una capacità di purificazione più elevata rispetto all’osmosi: l’acqua che si produce può anche arrivare a una conducibilità di 1 µS o anche inferiore e, inoltre, può purificare in continuo direttamente l’ultima vasca di risciacquo, che in questo modo si mantiene sempre perfettamente pulita. I limiti della tecnologia sono i reflui che si producono nelle fasi di rigenerazione delle resine, ce richiedono l’uso di sostanze acide e basiche corrosive.
Nella fig. 19 vediamo il tipico uso di un impianto a resine a scambio ionico.
Anche in questo caso possiamo creare una vasca di accumulo e mandare poi l’acqua anche nella rampa finale esclusa dal circuito di rilancio.

Ultimo risciacquo e nanotecnologie
Questa rampa finale si acqua pura è essenziale nelle soluzioni che prevedono una “passivazione” finale nanotecnologica. Quest’ultima fase – spesso ottenuta con una rampa di nebulizzazione, incrementano notevolmente la qualità della verniciatura, arrivano a raddoppiare le resistenze in nebbia salina rispetto allo stesso ciclo senza passivanti nanotecnologici. Essendo, questi ultimi, prodotti che creano uno strato veramente sottile sul pezzo da verniciare, una qualunque impurezza potrebbe inficiarne le prestazioni, e dunque la rapa di acqua pura del risciacquo finale ne è complemento essenziale.

Conclusioni
In fig. 20 riportiamo in sintesi le conclusioni. Per quanto riguarda le acque del velo delle cabine d’applicazione i nostri processi – prodotti e impianti – permettono di ottenere un ridotto consumo idrico, perché ci permettono di ricircolare continuamente l’acqua, secondo i principi dell’economia circolare. Per quanto riguarda il pretrattamento, l’uso di acqua perfettamente pulita (e utilizzata in controcorrente) consente di ridurre gli eventuali scarti di produzione, con conseguente risparmio sia di risorse sia economico.

Infine, per quanto riguarda le acque dei veli di cabina la prossima vera sfida sarà quella di definire come usare le morchie finali, quello che ci ritroviamo nel big-bag. Su questo aspetto abbiamo iniziato uno studio, i cui esiti saranno presentati nei P&E Milano Coating Days del 2025.