Caratterizzazione geologica, mineralogica e geochimica di vulcaniti alterate per la formazione di ceramiche vetrificate, Caprile (prov. di Biella)

Riassunto 
 
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Questo lineamento è composto da un sistema di faglie subparallele trascorrenti a 
movimento destrorso con un chiaro rigetto verticale e un evidente rigetto orizzontale, 
disposto lungo una direttrice E-NE. Questo sistema è stato sicuramente attivo durante il 
Terziario ma esistono evidenze di una sua attività sin dall’epoca ercinica. 
Nell’area di cava le rocce esposte sono rappresentate essenzialmente da facies di flusso 
piroclastico ( ignimbriti riolitiche più o meno alterate) a cui si associano facies detritiche a 
granulometria ruditica. La parte settentrionale della cava è caratterizzata da depositi 
ignimbritici violacei massici con scarse evidenze di strutture di flusso ed apparentemente 
non alterati.  
La parte centro-meridionale è invece caratterizzata da rocce tufaceo-ignimbritiche di colore 
da grigio a bruno, spesso completamente afiriche, le quali risultano variamente alterate in 
un materiale microcristallino rosa, che rappresenta il prodotto di alterazione più vistoso. 
Tutto l’ammasso roccioso risulta intensamente fratturato e brecciato secondo sistemi di 
giunti e fratture concordi con le direttrici della vicina Linea della Cremosina. Nella parte 
centrale della cava, l’alterazione rosa sembra essere sviluppata a partire proprio dai sistemi 
di diaclasi concordi con la Linea della Cremosina, sottolineando un possibile controllo 
strutturale. Campioni di roccia a diverso grado di alterazione sono stati studiati nei loro 
vari aspetti mineralogici, microstrutturali e chimici al fine di capire i meccanismi che 
hanno generato questa alterazione. 
Lo studio mineralogico, petrografico e microtessiturale è avvenuto mediante analisi 
microscopiche in sezione sottile e, a causa della granulometria estremamente fine dei 
componenti nelle facies alterate, tramite diffrattometria a raggi X su polveri (XRPD). 
L’analisi microscopia ha permesso innanzitutto di riconoscere le tessiture caratteristiche 
dei depositi ignimbritici, caratterizzati da struttura porfirica con fenocristalli di quarzo (con 
anse di riassorbimento), feldspati e plagioclasi (più o meno sericitizzati), biotite lamellare, 
glass shards variamente ricristallizzate e xenoliti di varia natura (graniti, metamorfiti del 
basamento, ecc.), immersi in una massa di fondo da criptocristallina a vetrosa talora 
contenente sferuliti di devetrificazione. 
La massa di fondo risulta però spesso completamente ricristallizzata a causa della crescita 
di diversi tipi di aggregati di minerali di neoformazione che rappresentano il prodotto 
dell’alterazione di queste rocce. A nicol incrociati si osservano sia strutture a feltro 
composte da un aggregato di cristalli finissimi senza orientazioni cristallografiche 
preferenziali, sia strutture raggiate date da aggregati di cristalli con abito aciculare che 
vanno in estinzione alternativamente, sia strutture “pseudo-pecilitiche” caratterizzate da 
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crescite di individui tozzi, con bordi irregolari e frastagliati, otticamente coerenti ma ricchi 
di fini zone ad orientazione ottica variabile che appaiono come inclusi. Questi aggregati 
neoformati presentano orientazioni cristallografiche differenti dagli aggregati vicini, così 
da andare in estinzione alternativamente, dando alla massa di fondo una struttura “pseudo-
pavimentosa”. Questi diversi tipi di aggregati di minerali di neoformazione sono risultati 
essere costituiti principalmente da feldspati alcalini. 
Come ausilio all’analisi microscopica, la diffrattometria su polveri ha permesso di valutare, 
in modo qualitativo ma accurato, la composizione mineralogica di tutti i campioni. Dai 
profili diffrattometrici si evince che tutte le litologie affioranti in cava sono composte da 
quarzo, albite, K-feldspato e muscovite a cui si associano ossidi di ferro (magnetite ed 
ematite), calcite, clorite, illite, pirite e caolinite. Dal confronto dei profili diffrattometrici 
delle litofacies campionate con quelli di ignimbriti provenienti da altre località del 
Biellese, si è notato che questo processo metasomatico ha portato un arricchimento in 
particolare di fasi ricche in sodio (albite), rispetto a quanto riscontato nelle vulcaniti non 
affette da questo tipo di alterazione. 
Le osservazioni tramite microscopio elettronico a scansione (SEM) ed analisi 
microchimiche con sistema EDS hanno definitivamente chiarito la natura degli aggregati 
microcristallini che caratterizzano molti dei campioni e che in molti casi hanno sostituito la 
massa di fondo delle vulcaniti studiate. Si tratta di concrescite finissime di albite pura, 
albite pura + K-feldspato ± quarzo che si sono formati a spese dell’originaria massa di 
fondo vetrosa delle vulcaniti. In alcuni campioni, caratterizzati da una successiva 
carbonatazione e cloritizzazione già visibile in sezione sottile, il carbonato risulta essere 
calcite e la clorite risulta marcatamente ferrifera. Tra i minerali accessori sono stati 
individuati finissimi aggregati di magnetite cubica a sostituzione pseudomorfa di lamelle di 
ematite (musketizzazione) e disseminazioni di fini plaghe di barite interstiziali agli 
aggregati di feldspato.  
La caratterizzazione geochimica delle vulcaniti albitizzate della cava è stata effettuata 
confrontando i dati ottenuti da analisi multielementari su roccia totale e utilizzando 
diagrammi e metodi di elaborazione dati presentati in vari lavori scientifici sulle 
problematiche della metasomatosi alcalina, e in particolare su fenomeni di albitizzazione 
ed “episienitizzazione”. Si tratta processi metasomatici frequentemente associati ad attività 
magmatica ed idrotermale a cui talora sono associati importanti mineralizzazioni (per 
esempio mineralizzazioni ad U, Au, Sn-W-Mo, Pb-Cu-Zn). 
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I diagrammi utilizzati, basati sul confronto tra elementi maggiori, minori ed in tracce, tra 
rocce metasomatizzate e rocce non metasomatizzate, mettono in luce il forte arricchimento 
in alcali, principalmente Na, e mostrano affinità con i trends geochimici riconosciuti in 
letteratura. 
Per quanto riguarda gli aspetti geologici, mineralogici e geochimici di queste rocce, si può 
concludere che esse rappresentano una porzione del complesso vulcanico tardo-paleozoico, 
la quale ha subito un profondo processo di alterazione/metasomatosi alcalina post-
deposizionale ad opera di fluidi idrotermali comparabile con un’alterazione tipo 
“episienite”. Un possibile veicolo di tali fluidi caldi potrebbe essere stato la vicina linea 
della Cremosina, in analogia con quanto si è verificato con altre vicine paleolinee permiane 
in altre porzioni del Sudalpino, in cui si vede una stretta relazione tra attività vulcono-
plutonica, tettonica e attività idrotermale (per esempio mineralizzazioni ad U nella 
Formazione di Collio nelle Alpi Orobie). 
Per quanto riguarda l’aspetto economico, le vulcaniti affioranti in cava sono 
potenzialmente esse stesse materie prime come rocce industriali in virtù della loro 
ricchezza di alcali, in particolare Na, poichè il loro carattere alcalino le rende 
particolarmente adatte a fungere da materiale basso-fondente per la produzione di 
ceramiche vetrificate (grès porcellanato). I test ceramici di cottura hanno messo in 
evidenza l’ottima fusibilità e le buone proprietà tecniche del materiale a temperatura tra 
1120°C e 1160°C. L’unico aspetto negativo, dal punto di vista commerciale, che ne 
potrebbe limitare l’impiego, è l’abbondanza degli elementi cromofori (ad es., Fe) che 
conferiscono al prodotto cotto un colore da rosso a bruno scuro, che contrasta con le 
esigenze di mercato. 
 
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Premessa 
Lo scopo del presente lavoro di tesi consiste nella caratterizzazione chimico-mineralogica 
delle vulcaniti permiane più o meno alterate presenti nella cava d’inerti della ditta ELIS 
S.N.C. di Enzo e Paolo Renati, sita presso l’abitato di Caprile (Bi).  
Ulteriore aspetto chiave indagato è la valutazione del possibile utilizzo di queste vulcaniti 
come fondenti nella produzione di ceramiche vetrificate. 
Questo studio si è effettuato attraverso il rilevamento di terreno, la campionatura e l’analisi 
geochimica – petrografia delle rocce più significative.  
Il rilevamento di terreno, effettuato attraverso brevi e numerose campagne geologiche 
iniziate nella primavera del 2005 e terminate nel marzo del 2006, ha portato 
all’individuazione delle litologie presenti nell’area, alla valutazione alla mesoscala 
dell’alterazione delle rocce ed alle relative campionature sistematica di caratterizzazione. 
 
Successivamente alcuni campioni rappresentativi, selezionati tra quelli raccolti durante il 
rilevamento, sono stati sottoposti a diverse indagini: 
 
 ξ  Studio di sezioni sottili al microscopio ottico; 
 ξ  Diffrattometria a Raggi X su polveri (XRPD); 
 ξ  Microscopia elettronica a scansione (SEM); 
 ξ  Analisi chimiche multielementare su roccia totale eseguite presso l’”Acme 
Analytical Laboratories LTD” di Vancouver (Canada). 
 
Queste tecniche analitiche hanno permesso di determinare la composizione mineralogica-
petrografica, la tessitura e la struttura dei campioni prelevati; inoltre è stato valutato, in 
modo dettagliato, il carattere geochimico di questi ultimi, così da determinare il tipo e il 
grado di metasomatismo subito dalle litologie oggetto di studio. 
I dati così ottenuti sono stati confrontati e integrati a quelli acquisiti direttamente dalle 
osservazioni di terreno e a quelli ricavati dall’accurata ricerca bibliografica. 
Nella fase finale del lavoro sono stati effettuati test ceramici di laboratorio, su alcuni 
campioni rappresentativi, atti alla valutazione cromatica dopo un ciclo di cottura in forno a 
muffola ed alla determinazione dei coefficienti di assorbimento d’acqua e di ritiro totale 
dopo cottura.  
 
Premessa 
 
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Dai diversi studi effettuati è stato possibile: 
 
 ξ  Redarre due elaborato cartografici, uno a scala 1:500 della cava l’altro a scala 
1:10000 dell’area circostante, rappresentanti le principali variazioni litologiche – 
strutturali ed il diverso grado di alterazione; 
 ξ  Avanzare una plausibile interpretazione sul tipo e il grado di metasomatismo subito 
dalle vulcaniti e il tipo di controllo litologico-strutturale che può averne favorito lo 
sviluppo; 
 ξ  Determinare le caratteristiche tecnologiche del prodotto attraverso test specialistici 
di laboratorio e se questo materiale possiede le proprietà e le caratteristiche per 
essere un buon fondente da inserire nell’impasto per monocottura.