Compositi di magnesio I ricercatori trasformano i gusci d'uovo in rinforzi in magnesio

I gusci d'uovo in polvere potrebbero sostituire i tradizionali additivi a base di calcio nella produzione di leghe di magnesio. I ricercatori hanno utilizzato l'estrusione per agitazione e attrito per trasformare questo materiale di scarto in composti rinforzanti, ottenendo un magnesio più resistente e più duro nell'ambito di uno studio di validazione del concetto che potrebbe ridurre la dipendenza da processi di lavorazione dei minerali ad alto consumo energetico.

I ricercatori hanno illustrato una tecnica che utilizza gusci d’uovo in polvere per produrre leghe di magnesio di alta qualità, che trovano ampia applicazione nei settori automobilistico, aerospaziale e biomedico. I gusci d’uovo vengono utilizzati come alternativa economica ed ecocompatibile ai tradizionali materiali a base di calcio, che vengono prodotti dal minerale attraverso un processo ad alto consumo energetico.

I materiali a base di calcio, come il carbonato di calcio e l’ossido di calcio, trovano impiego in un’ampia varietà di applicazioni. «Ad esempio, il carbonato di calcio e l’ossido di calcio sono materiali importanti per la produzione di leghe metalliche», afferma Bharat Gwalani, autore corrispondente di un articolo sul lavoro e assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la North Carolina State University. «Tuttavia, la produzione di questi materiali a base di calcio si basa su un processo complesso che prevede l’utilizzo di materie prime estratte dalle miniere. Abbiamo dimostrato l’efficacia di una tecnica che ci permette di saltare una fase. Anziché lavorare il minerale per ottenere materiali a base di calcio e poi utilizzare tali materiali per produrre metalli o leghe metalliche, abbiamo dimostrato che è possibile produrre una lega metallica di alta qualità utilizzando i gusci d’uovo».

I gusci d'uovo sono composti per il 95% da carbonato di calcio, e il processo utilizzato dai ricercatori per incorporarli nelle leghe li trasforma in ossido di calcio e calcio nascente.

«I vantaggi sono molti», afferma Gwalani. «I passaggi sono meno numerosi. Si dispone di una catena di approvvigionamento affidabile e sostenibile. I gusci d’uovo sono economici. E si consuma molta meno energia, perché non è necessario passare attraverso il processo di produzione di prodotti a base di calcio a partire dal minerale».

Per questo lavoro di prova di fattibilità, i ricercatori hanno utilizzato gusci d’uovo per produrre leghe di magnesio più resistenti e più dure, che presentano un rapporto tra resistenza e peso tale da renderle utili, ad esempio, nel settore dell’elettronica e in quello aerospaziale.

«Il calcio viene aggiunto al magnesio per migliorarne le proprietà meccaniche», spiega Gwalani. «Volevamo verificare se fosse possibile utilizzare rifiuti biogenici — i gusci d’uovo — per produrre il calcio necessario durante il processo di fabbricazione».

Per questo processo, i ricercatori iniziano praticando una serie di fori equidistanti in un blocco cilindrico di magnesio. Questi fori vengono poi riempiti con gusci d’uovo finemente macinati. Il blocco viene quindi inserito in un cilindro d’acciaio. Un mandrino in acciaio con un foro al centro viene quindi calato all’interno del cilindro. Il mandrino funge essenzialmente da pestello in un mortaio, esercitando una pressione sul blocco di magnesio e ruotando a una velocità di 300 giri al minuto.

Questo processo è denominato estrusione per agitazione e attrito. Mentre il mandrino esercita una pressione verso il basso e ruota, si verificano diversi fenomeni quasi contemporaneamente. La polvere di guscio d’uovo viene mescolata al magnesio circostante, creando attrito tra le particelle di guscio d’uovo e il metallo. Questo attrito trasforma il carbonato di calcio in ossido di calcio e calcio, producendo la lega ad alta resistenza Mg₂Ca. Infine, la pressione verso il basso esercitata dal mandrino spinge la lega di magnesio fuori dal foro, dando origine a una barra estrusa del prodotto finito.

“Questo lavoro dimostra che è possibile produrre leghe di magnesio di alto valore e di alta qualità utilizzando un materiale di scarto biogenico, economico e sostenibile”, afferma Gwalani. “Si tratta di un metodo scalabile, efficiente dal punto di vista energetico e rispettoso dell’ambiente per produrre compositi a base di magnesio utilizzando materiali di scarto biogenici.”

«E abbiamo già dimostrato che questo approccio trova applicazione anche al di là del magnesio e dei gusci d’uovo», afferma Gwalani. «All’inizio di quest’anno abbiamo dimostrato che è possibile utilizzare lo stesso approccio — l’estrusione per agitazione con attrito — per produrre compositi magnetici macinando polvere magnetica di samario-cobalto (SmCo5) e mescolandola a scarti di alluminio».

Articolo originale: Circular Manufacturing of Mg–Eggshell Composites: Transforming Biogenic Waste into Functional Reinforcements; Journal of Magnesium and Alloys; DOI:10.1016/j.jma.2026.102290