Insegnamento GEOMATERIALI ED ECONOMIA CIRCOLARE

Nome del corso di laurea	Scienze della terra per la gestione dei rischi e dell'ambiente
Codice insegnamento	A002312
Sede	PERUGIA
Curriculum	Geosciences for environmental sustainability
Docente responsabile	Azzurra Zucchini
Docenti	Azzurra Zucchini Maximiliano Fastelli (Codocenza)
Ore	42 Ore - Azzurra Zucchini 10 Ore (Codocenza) - Maximiliano Fastelli
CFU	6
Regolamento	Coorte 2023
Erogato	Erogato nel 2023/24
Erogato altro regolamento
Attività	Affine/integrativa
Ambito	Attività formative affini o integrative
Settore	GEO/06
Anno	1
Periodo	Secondo Semestre
Tipo insegnamento	Opzionale (Optional)
Tipo attività	Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento	Italiano
Contenuti	Il corso prende in esame le materie prime minerali impiegate in diversi settori industriali. Verranno studiate le diverse tipologie di minerali industriali, le loro caratteristiche strutturali e le loro proprietà. Il corso si prefigge inoltre di illustrare i processi industriali di lavorazione delle materie prime minerali con particolare riferimento all'industria dei cementi, dei materiali ceramici, dei refrattari e del vetro. Il corso illustrerà i rifiuti industriali da attività estrattive, da processi chimici e di termovalorizzazione, da combustione. Verranno introdotti i concetti di sostenibilità ambientale ed economia circolare. In particolare: 1) Critical Raw Materials (CRM) 2) Tecniche di upcycling dei materiali di scarto, rispetto a tecniche di downcycling 3) Analisi di Life Cycle Assessment (LCA) 4) Concetti di Design For Disassembly (DFD)
Testi di riferimento	Materiale fornito dal docente.
Obiettivi formativi	Il corso “Geomateriali ed economia circolare” ha lo scopo di trasmettere la profonda unione esistente tra il mondo della mineralogia e quello dell'industria. Lo studente, alla fine del corso, sarà a conoscenza dei principali processi industriali che coinvolgono l'utilizzo di minerali, naturali e non, gli scarti generati e il loro possibile reimpiego. Avrà le basi per affrontare problematiche mineralogiche in campo industriale nonché per intraprendere studi sperimentali volti a migliorarne l'efficienza produttiva e la sostenibilità ambientale. Le conoscenze principali acquisite dallo studente saranno: - elementi di base relativi alla produzione di cementi, di materiali ceramici e refrattari e di vetreria; - conoscenze circa le caratteristiche mineralogiche e cristallografiche dei minerali impiegati nei vari processi industriali; - conoscenze relative alle principali analisi chimiche e mineralogiche impiegate per studiare differenti tipologie di materie prime e di prodotti industriali; Le abilità principali acquisite dallo studente saranno: - capacità di riprodurre in laboratorio alcuni dei processi industriali studiati; - capacità di analizzare e quindi scegliere le materie prime migliori da utilizzare in ciascun campo industriale analizzato; - capacità di utilizzo delle principali tecniche di analisi chimica e mineralogica impiegate per studiare le materie prime ed i prodotti finiti relativi ai processi industriali esaminati, con particolare attenzione alla microscopia ottica, microscopia elettronica, diffrazione di raggi X, spettroscopia Raman ed IR.
Prerequisiti	Gli argomenti trattati dall'insegnamento necessitano che lo studente sia a conoscenza della mineralogia sistematica e delle principiali caratteristiche di alcune tecniche di analisi mineralogica (microscopia ottica ed elettronica e diffrazione di raggi X). Tali argomenti verranno comunque ripresi nella prima parte del corso. Per poter sostenere l'esame finale, è fortemente consigliato il superamento dell'esame di “Mineralogia”.
Metodi didattici	Il corso sarà organizzato con lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio. Inoltre saranno previste escursioni didattiche. In dettaglio: - lezioni frontali in aula sugli argomenti del corso; - esercitazioni in laboratorio per riprodurre alcuni dei processi industriali studiati; - esercitazioni nei laboratori di microscopia ottica ed elettronica e diffrazione di raggi X per applicare le suddette analisi mineralogiche alle materie prime nonché ai prodotti finiti di alcuni tra i processi industriali studiati; - esercitazione in un laboratorio di spettroscopia Raman per una dimostrazione pratica della tecnica; - due escursioni didattiche giornaliere presso stabilimenti in riferimento ad alcuni tra i processi industriali studiati.
Modalità di verifica dell'apprendimento	L'esame si svolgerà con una prova orale. L'obiettivo della prova è quello di verificare il livello di conoscenza acquisito dallo studente relativamente agli aspetti teorici e pratici affrontati durante il corso. In particolare, le domande poste dal docente verteranno sui processi industriali studiati, sulle strutture e principali caratteristiche dei minerali che concorrono come materie prime, sulle modificazioni mineralogiche e strutturali che avvengono durante la lavorazione e sulle metodologie di analisi chimiche e mineralogiche da impiegare. La valutazione della prova orale sarà inoltre formulata tenendo in considerazione la capacità di collegamento tra le necessità richieste dai processi industriali, le materie prime necessarie e le tecniche analitiche da impiegare sia sulle materie prime che sul prodotto finito, e i rifiuti prodotti. Lo studente sarà inoltre valutato in base alla capacità di esposizione e all'adeguatezza del linguaggio tecnico/scientifico utilizzato. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa
Programma esteso	1. Ripasso di concetti chiave di mineralogia e metodologie analitiche - Richiami di mineralogia: concetto di minerale, mineralogia sistematica. - Analisi chimiche e mineralogiche: microscopia ottica ed elettronica, microsonda elettronica, diffrazione di raggi X, spettroscopia Raman ed IR. 2. I geomateriali - I geomateriali: definizione. - I minerali industriali: definizione e trattazione di gruppi di minerali impiegati in attività industriali. - Cementi: materie prime, composizione mineralogica delle materie prime, produzione dei cementi, minerali dei cementi, caratterizzazione del prodotto finito. - Ceramici: materie prime, materiali ceramici industriali (piastrelle, sanitari, ceramiche artistiche), produzione dei materiali ceramici, caratterizzazione del prodotto finito. Materiali ceramici avanzati. - Geopolimeri: materie prime e processi di produzione. - Materiali micro- e meso-porosi: proprietà ed applicazioni. - Vetri: composizione mineralogica delle materie prime, produzione industriale dei vetri, caratterizzazione del prodotto finito. 3. Sostenibilità ambientale ed economia circolare - Rifiuti industriali da attività estrattive, da processi chimici e di termovalorizzazione da combustione: caratterizzazione chimico-fisica e determinazione della loro pericolosità per l’ambiente e la salute umana. - I Critical Raw Materials (CRM): definizione e introduzione alla problematica. - Sostenibilità ambientale ed economia circolare: definizione ed introduzione alla tematica. - Tecniche di upcycling dei materiali di scarto, rispetto a tecniche di downcycling: processi di rigenerazione di prodotti di scarto in materiali di seconda generazione. Alcuni esempi: flottazione, inertizzazione, precipitazione, separazione solido-liquido, lisciviazione (leaching), scambio ionico, adsorbimento. - Definizione e trattazione di esempi di riutilizzo di prodotti di scarto come materiali di seconda generazione (Es: rifiuti riconvertiti derivanti dalla lavorazione dei metalli, da centrali elettriche, da trattamento delle acque reflue, da materiali elettrici ed elettronici). - Analisi di Life Cycle Assessment (LCA): definizione ed impiego per la quantificazione in termini energetici dell’impatto sull’ambiente dei processi industriali che utilizzano prodotti di seconda generazione rispetto ai processi industriali tradizionali. - Concetti di Design For Disassembly (DFD) ovvero creazione di prodotti (in edilizia e non solo) facili da smontare in modo da poterne separare i diversi materiali e quindi poter essere riciclati. Verranno offerti seminari tenuti da esperti (Es: chimici, agronomi, economisti).