Cernita leghe in piazzale: separare inox 304 e 316 con l'XRF

Al cancello di un centro di recupero il prezzo di un carico si decide prima della pesa, nel momento in cui qualcuno stabilisce che cosa c'è dentro. Due cassoni di inox dello stesso peso possono valere cifre molto diverse: se l'acciaio al molibdeno è rimasto mescolato al 304, chi compra tende a pagare tutto come 304, oppure applica uno sconto per cautela. Per un rottamaio la cernita per lega è la leva più diretta sul margine. È anche la prima difesa quando un'acciaieria o una fonderia contesta un carico. Lo strumento che l'ha resa praticabile in piazzale è l'analizzatore portatile a fluorescenza X: qualche secondo di misura per pezzo, il grade sul display, lo spettro salvato come prova. Funziona bene su inox, leghe di rame, leghe di nichel e titanio, mentre sull'alluminio e sul carbonio ha limiti precisi che conviene conoscere prima di comprare.

Perché un lotto misto viene pagato come la sua parte più povera

Il rottame metallico si compra e si vende per specifica. Le associazioni di settore pubblicano classificazioni dettagliate, come la Scrap Specifications Circular della statunitense Recycled Materials Association (ReMA), e in Europa il regolamento (UE) n. 333/2011 chiede che il rottame destinato a cessare la qualifica di rifiuto sia classificato secondo una specifica del cliente, una specifica di settore o una norma. Ogni voce ha la sua composizione attesa e il suo prezzo. Quando in un cassone convivono frazioni diverse, chi compra non ha modo di verificarle pezzo per pezzo e si tutela nel modo più semplice: classifica il lotto nella voce più bassa che contiene, o lo accetta con uno sconto.

Il meccanismo pesa di più dove il valore dipende da pochi elementi costosi. Il 316 si distingue dal 304 per il molibdeno, fra il 2 e il 3% nella designazione AISI e fra il 2,0 e il 2,5% nella corrispondente europea 1.4401 della EN 10088-1:2023, oltre che per un tenore di nichel un po' più alto. Le leghe di nichel come la UNS N06625 o la N07718 contengono nichel per oltre metà del peso. Il rame elettrolitico pulito si paga più degli ottoni e dei bronzi. In tutti questi casi il metallo pregiato sta dentro il pezzo e da fuori non si vede. Chi non lo identifica lo cede al prezzo del materiale più comune.

Calamita, scintilla e colore: dove si ferma la cernita tradizionale

Il piazzale ha da sempre i suoi strumenti. La calamita separa il ferroso dal non ferroso e manda con il ferroso anche gli inox ferritici e martensitici della serie 400; la prova alla mola, dalla forma delle scintille, dà un'idea del tenore di carbonio; colore e peso specifico orientano fra rame, ottone e alluminio. La guida ASTM E1476-04 (riapprovata nel 2022), che descrive i metodi di identificazione e cernita dei metalli dichiarando di avere scopo formativo, elenca accanto alla fluorescenza X e all'emissione ottica anche questi metodi qualitativi: correnti indotte, conducibilità, effetto termoelettrico, test chimici a goccia e, come caso speciale, proprio la prova alla scintilla.

Per un primo smistamento restano utili e costano poco. Si fermano però dove comincia il valore. Un 304 e un 316 hanno lo stesso aspetto, rispondono alla calamita nello stesso modo, cioè quasi per niente salvo le zone incrudite, e fanno la stessa scintilla. Una barra in lega di nichel finita tra gli inox a occhio non si riconosce. Esiste un test chimico a goccia per il molibdeno, ma chiede tempo e un punto di superficie preparato per ogni pezzo, e non lascia alcuna traccia documentale. L'analizzatore portatile copre esattamente questo scalino, e lo fa dopo il triage anziché al suo posto.

Separare inox 304 e 316 in piazzale: che cosa misura lo strumento

Appoggiata la finestra sul pezzo, l'analizzatore irraggia la superficie con un piccolo tubo a raggi X e conta i fotoni di fluorescenza che ogni elemento riemette a un'energia caratteristica. Il software converte lo spettro in composizione e lo confronta con una libreria di grade, restituendo il nome più probabile insieme ai tenori misurati. Sull'inox la tecnica gioca in casa. Cromo e nichel distinguono gli austenitici dai ferritici come il 430, che di nichel quasi non ne contiene, il molibdeno separa il 316 dal 304 e il titanio identifica il 321, che con questo elemento viene stabilizzato contro la corrosione intergranulare dopo la saldatura.

Lo stesso principio funziona sulle altre famiglie che contano in un centro di recupero. Nelle leghe di rame lo zinco caratterizza gli ottoni e lo stagno i bronzi, mentre il piombo si misura con buona sensibilità, un dato utile perché ottoni con e senza piombo possono avere destinazioni diverse. Le leghe di nichel e di titanio si riconoscono dalla combinazione dei loro elementi di lega. Accanto al grade, lo strumento mostra sempre lo spettro, ed è lo spettro che si archivia.

Sull'alluminio il quadro è meno lineare. Le serie legate con rame (2xxx), manganese (3xxx) e zinco (7xxx) si separano bene, mentre quelle che dipendono da magnesio e silicio, cioè 5xxx e 6xxx, portano la tecnica al suo limite, perché in aria la fluorescenza degli elementi leggeri viene assorbita prima di arrivare al rivelatore. Gli strumenti con rivelatore a deriva di silicio (SDD) misurano magnesio e silicio allungando i tempi; la LIBS, che analizza il plasma prodotto da un impulso laser, sugli elementi leggeri parte avvantaggiata. La rassegna di Gaustad, Olivetti e Kirchain su Resources, Conservation and Recycling (2012) indica proprio silicio e magnesio, insieme a ferro, rame e zinco, fra le impurezze che si accumulano nei flussi di alluminio riciclato e ne limitano il riuso.

Quello che la fluorescenza non vede

Il primo limite riguarda il carbonio. Un analizzatore XRF portatile che misura in aria non rileva gli elementi più leggeri del magnesio, e il carbonio è fra questi. Da solo, quindi, non distingue un 304L da un 304: nella EN 10088-1 il 1.4307 ammette al massimo lo 0,030% di carbonio e il 1.4301 lo 0,07%, mentre il resto della composizione si sovrappone. Lo stesso vale per classificare acciai al carbonio e ghise in base al tenore di C. Dove questa distinzione cambia il prezzo o la conformità servono la spettrometria a emissione ottica a scintilla (OES), mobile o di laboratorio, oppure un analizzatore LIBS portatile con spurgo di argon, nei modelli che dichiarano la misura del carbonio. Il confronto completo è nell'articolo su LIBS e XRF per il carbonio.

Il secondo limite è la profondità. La fluorescenza che arriva al rivelatore nasce nei primi micrometri del metallo: un nostro calcolo sui coefficienti di attenuazione tabulati dal NIST la colloca, nell'acciaio, nell'ordine di pochi micrometri per il nichel e di qualche decina per il molibdeno. Vernice, ruggine, olio, zincatura o cromatura vengono quindi misurati al posto del metallo base, e la contromisura è una passata di mola o di disco su un paio di centimetri quadrati, oppure la misura su un taglio fresco. Basta poco, ma va fatto ogni volta.

Il terzo limite riguarda la geometria. Trucioli, fili sottili e pezzi minuti non coprono la finestra di misura, e il risultato risente dell'aria e del supporto sottostante; per questi materiali si usano porta-campioni o si compatta un campione rappresentativo. Sono tre condizioni da scrivere nella procedura di piazzale.

Un cassone di inox da demolizione, dal triage alla fonderia

Un esempio, costruito su ipotesi dichiarate. Un centro di recupero riceve da una demolizione industriale un cassone di circa 2 tonnellate di inox misto: tubi, flange, lamiere e qualche componente di valvola, per un totale stimato di 400 pezzi. Il triage a calamita toglie per primi gli inox ferritici e i pezzi in acciaio al carbonio finiti per errore nel carico. Nell'ipotesi restano circa 300 pezzi austenitici, che passano all'analizzatore dopo una passata di disco sul punto di misura.

Poi c'è il tempo. Ogni lettura richiede pochi secondi di acquisizione su superficie pulita. Con la manipolazione e la pulizia si arriva a 20-30 secondi a pezzo, nostra stima per un operatore che lavora su pezzi maneggevoli. Trecento pezzi diventano così due ore abbondanti di lavoro. Il risultato atteso è la separazione in tre o quattro frazioni: 304 e 304L insieme, perché l'XRF non li distingue, poi 316 e 316L, il 321 e gli eventuali pezzi in lega di nichel, che finiscono in un contenitore a parte. Se i pezzi la cui classificazione dipende dal carbonio pesano sul valore, un campione di quelli passa alla spettrometria a scintilla. Il lotto di 316 e quello in lega di nichel, i più pregiati, ricevono anche una conferma di laboratorio prima della vendita, per esempio in fluorescenza X a dispersione di lunghezza d'onda, la tecnica da banco descritta dalla guida ASTM E1621-21.

Quanto rende l'operazione dipende dalle quotazioni del giorno e dalla quota di 316 presente nel cassone, e un numero generico, qui, sarebbe inventato. Il conto si fa con i propri listini: peso della frazione recuperata moltiplicato per la differenza di prezzo fra le due voci, meno le ore di lavoro e il costo dell'eventuale conferma di laboratorio. Se la frazione di 316 è piccola, o se le due voci sono quotate vicine, le due ore non si ripagano e conviene vendere il lotto come misto.

Chi contesta il carico, e con quali prove si risponde

A contestare un carico è di solito l'acciaieria o la fonderia che lo deve fondere, e il motivo più serio sono gli elementi residui che la colata non riesce a eliminare. Nell'acciaio il rame e lo stagno restano nel bagno dopo l'affinazione e, oltre certe soglie, provocano cricche durante la lavorazione a caldo. Il rame è il caso più studiato. Uno studio dell'Università di Cambridge pubblicato su Environmental Science & Technology (Daehn, Cabrera Serrenho e Allwood, 2017) osserva che oggi non esiste un processo commerciale per togliere il rame dal rottame d'acciaio, e stima che intorno al 2050 il rame contenuto nel rottame possa superare quello tollerato dai prodotti richiesti dal mercato. Per chi vende rottame ferroso significa che motorini elettrici, avvolgimenti e cavi rimasti nel carico si pagano con un declassamento.

Qui l'XRF lavora in modo diverso rispetto alla cernita per lega. Su un carico di rottame ferroso frantumato non misura il tenore medio di rame, che richiederebbe campionamento e analisi di laboratorio. Serve a riconoscere e togliere i pezzi che lo portano, e a verificare che un lotto dichiarato come inox o lega di nichel lo sia davvero. In ingresso controlla che il materiale corrisponda alla dichiarazione del fornitore; in uscita documenta che il lotto venduto ha la composizione attesa. Quante misure fare, su quanti pezzi e con quale regola di campionamento non lo fissa alcuna norma sul rottame: lo stabilisce la specifica dell'acquirente oppure si concorda fra le parti, e conviene metterlo per iscritto prima della prima contestazione.

Una contestazione si chiude prima se il fascicolo del lotto contiene almeno questi elementi:

• identificativo del lotto, peso, data e riferimento alla specifica o alla voce di vendita;
• numero di pezzi misurati e regola di campionamento concordata;
• grade e tenori di ogni misura, con lo spettro salvato e il numero di serie dello strumento;
• la lettura di un campione di riferimento a inizio turno, che dimostra che lo strumento quel giorno misurava correttamente;
• l'attestazione della sorveglianza radiometrica del carico;
• per il materiale end-of-waste, la dichiarazione di conformità prevista dal regolamento applicabile.

Radioprotezione e sorveglianza radiometrica: due obblighi distinti

In Italia un centro di recupero incontra il D.Lgs. 31 luglio 2020, n. 101, che recepisce la direttiva 2013/59/Euratom sulle norme fondamentali di sicurezza contro le radiazioni ionizzanti, da due lati diversi. Il primo riguarda il carico. L'articolo 72 impone la sorveglianza radiometrica a chi importa, raccoglie, deposita o fonde rottami metallici, per intercettare sorgenti orfane e livelli anomali di radioattività, e la affida a esperti di radioprotezione di secondo o terzo grado. È un obbligo che esiste a prescindere dall'analizzatore XRF, e che anche il regolamento 333/2011 richiama quando chiede che personale qualificato controlli la radioattività di ogni partita.

Il secondo lato riguarda lo strumento. Un analizzatore XRF contiene un tubo a raggi X e il suo impiego è una pratica con radiazioni ionizzanti. Di norma richiede la notifica di pratica prevista dall'articolo 46 dello stesso decreto, da inviare agli enti indicati almeno trenta giorni prima dell'avvio, insieme alla valutazione di un esperto di radioprotezione, alla formazione degli operatori e a regole d'uso scritte. Se un determinato modello rientri in un'esenzione lo stabilisce l'esperto, sulla base dei dati tecnici dell'apparecchio. Conviene pianificarlo prima dell'acquisto, perché i tempi della notifica si sommano a quelli della consegna.

End-of-waste: che cosa chiedono davvero i regolamenti 333/2011 e 715/2013

Il regolamento (UE) n. 333/2011 del Consiglio fissa i criteri per cui i rottami di ferro, acciaio e alluminio cessano di essere rifiuti; il regolamento (UE) n. 715/2013 della Commissione fa lo stesso per i rottami di rame. Nessuno dei due prescrive l'XRF. Chiedono che il rottame sia classificato secondo una specifica del cliente, una specifica di settore o una norma per l'uso diretto in acciaieria o fonderia, e che i materiali estranei restino entro un limite in peso: 2% per ferro e acciaio, 5% per l'alluminio o in alternativa una resa in metallo di almeno il 90%, 2% per il rame. Chiedono poi un sistema di gestione della qualità e una dichiarazione di conformità per ogni partita, e il 333/2011 aggiunge il controllo della radioattività di ciascuna partita.

Per il rottame di ferro e acciaio il regolamento conta fra i materiali estranei anche i metalli non ferrosi, esclusi gli elementi di lega del substrato ferroso, accanto a terra, vetro, plastica, legno e residui di lavorazione. L'analizzatore entra in questo quadro come strumento di prova: è uno dei modi con cui il sistema qualità dimostra che il lotto corrisponde alla voce di specifica dichiarata e che i pezzi non ferrosi sono stati tolti. La verifica in peso dei materiali estranei non metallici resta affidata a controlli visivi e di pesata, che l'XRF non sostituisce.

Il criterio per decidere se mettere un analizzatore in piazzale

Lo strumento si ripaga dove passano ogni settimana lotti misti di inox, leghe di rame, leghe di nichel o titanio, e dove la differenza di prezzo fra le voci basta a coprire il tempo di misura. Un piazzale che lavora quasi solo rottame ferroso frantumato, venduto a voci per cui composizione e impurezze si verificano a campione in laboratorio, ne trarrebbe poco. Allo stesso modo, se la classificazione che conta per i vostri clienti dipende dal carbonio, la scelta va spostata verso l'emissione ottica o la LIBS. Il criterio pratico si riduce a uno sguardo al cassone. Se dentro c'è un metallo che vale più del resto e non si vede, misurarlo conviene; se tutto il materiale vale uguale, la cernita non aggiunge margine.

Per la parte tecnica su librerie leghe, tempi di misura e flusso operativo è utile l'approfondimento sull'analisi XRF dei rottami metallici, mentre i criteri di scelta dello strumento sono nella guida su come scegliere un analizzatore XRF portatile. Se state valutando lo strumento per il vostro piazzale, il passo successivo è una prova sul vostro materiale: PITECH confronta materiali, volumi e condizioni di lavoro, e prepara un preventivo su misura entro 24 ore.