ITFI940155A1 - Materiali vetroceramici ottenuti a partire da scorie di amianto e reflui di impianti industriali idrometallurgici e processo per la loro - Google Patents
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Abstract
Sono descritti materiali vetroceramici ottenuti da trattamenti termici di miscele di scorie contenenti amianto e di fanghi di trattamento dei minerali negli impianti idrometallurgici e ;un processo per la loro preparazione.
Description
Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo :
"Materiali vetroceramici ottenuti a partire da scorie di amianto e reflui di impianti industriali idrometallurgici e processo per la loro preparazione."
1. Campo dell'invenzione
La presente invenzione si riferisce a materiali vetroceramici ottenuti da trattamenti termici di miscele di scorie contenenti amianto e di fanghi di trattamento dei minerali negli impianti idrometallurgici e ad un processo per la loro preparazione.
2. Arte anteriore e sommario dell'invenzione
E' noto come i materiali vetroceramici hanno guadagnato un settore importante nel mercato dei materiali innovativi sia per applicazione nelle tecnologie "povere" sia in quelle più avanzata. I materiali vetroceramici sono solidi policristallini preparati con un processo controllato di fusione e cristallizzazione a partire da un vetro. In funzione del grado di cristallinità , del tipo di fasi cristalline presenti nel vetro e del trattamento termico impiegato si ottengono prodotti con caratteristiche molto diverse adatti per svariate applicazioni.
Viene definito amianto o asbesto, qualsiasi minerale che, opportunamente preparato, fornisce fibre utilizzabili per essere filate ,e resistenti al calore. Questa definizione viene soddisfatta principalmente da sei specie minerali: l'amianto di serpentino o crisotilo e cinque anfiboli: la crocidolite, 1'amosite, 1 'antofillite , la tremolite e l'actinolite (i primi due sono nomi commerciali che indicano rispettivamente le miscele di anfiboli riebekite-glaucofane e le miscele di cummingtonite e grunerite).
Il crisotilo è senz'altro l'amianto più usato al mondo: da solo rappresenta il 93% del totale usato.
L'amianto entra nella composizione di oltre 3000 prodotti come componente principale (ad esempio cemento-amianti, cartoni-amianto, materiali per coibentazione, freni, frizioni, tessuti) ed in molti altri come componente accidentale (ad esempio talchi).
Le scorie a base di amianto devono essere smaltite in discariche di tipo adatto per rifiuti tossici e nocivi ed il loro costo di stoccaggio è elevatissimo senza contare i problemi ambientali che ne derivano.
E' altresì noto il processo elettrolitico per la produzione industriale di metalli, ed in particolare di zinco.
Durante questo processo si originano una grande quantità di fanghi contenenti apprezzabili quantità di metalli pesanti; a seconda del tipo di trattamento usato i fanghi contengono in percentuali diverse Jarosite [Fe3(Si04)2(OH)6] , Gohetite [*-FeOOH] , Ematite [e<-Fe03]. Detti fanghi devono pertanto essere inertizzati ponendo, analogamente ai residui contenenti amianto, notevoli problemi per lo stoccaggio. E'ovvio quindi quanto sarebbe vantaggioso poter riciclare dette residui (scorie contenenti amianto e fanghi provenienti dai processi idrometallurgici) eliminando così (o almeno riducendo drasticamente) i problemi connessi con la loro eliminazione.
3.Descrizione delle figure
La Fig. la rappresenta un diffrattogramma di polveri di un campione dall'esempio 1 dopo la fusione.
La Fig. Ib rappresenta un diffrattogramma di polveri di un campione dall'esempio 1 dopo cristallizzazione.
La Fig. 2 rappresenta un'immagine al microscopio elettronico di un campione dall'esempio 1 dopo cristallizzazione (con un ingrandimento nel riquadro).
La Fig. 3 rappresenta un'immagine al microscopio ottico di un campione dall'esempio 2 dopo la fusione.
La Fig. 4 rappresenta un'immagine al microscopio ottico di un campione dall'esempio 2 dopo la cristallizzazione.
La Fig. 5 rappresenta un'immagine al microscopio elettronico di un campione dall ' esempio 2 dopo cristallizzazione .
La Fig. 6 rappresenta con un sitema a biochi il processo secondo la presente invenzione.
4. Descrizione dettagliata dell'invenzione
E' stato ora trovato, ed è oggetto della presente domanda, che è possibile utilizzare le scorie contenenti amianto ed i fanghi provenienti da processi elettrolitici per la preparazione di materiali vetroceramici attraverso un opportuno processo. Il processo è rappresentato schematicamente a blocchi dalla Figura 6 qui di seguito riportata.
Le scorie contenenti amianto vengono macinate in un mulini ad anelli di Wolframio in presenza di acqua in quantità pari al 30 - 70%, preferibilmente 50% in peso, fino ad ottenere particelle di dimensioni comprese fra 10 e 60 ;um (preferibilmente 25 jum). Il contenuto d'acqua del fango omogeneo ottenuto è compreso fra 65% - 70% in peso.
I fanghi provenienti dal processo idrometallurgico sono lavati in acqua e filtrati due volte per eliminare i residui salini a base solfatica che renderebbero difficoltosa la successiva fase di fusione e quindi essiccati in modo da diminuire il contenuto d'acqua ad un valore inferiore al 40% in peso.
I fanghi provenienti dalla macinazione delle scorie contenenti amianto e i fanghi da processo elettrolitico vengono quindi mescolati in percentuale compresa fra il 25% - 90% e il 10% - 25% in peso rispettivamente. Eventualmente alla miscela possono essere aggiunti dei fondenti in percentuale compresa fra il 15% ed il 60% in peso (preferibilmente 20%).
Detti fondenti sono ad esempio carbonati, come CaC03, Na2C03, o scorie di vetro basico.
Alla miscela è aggiunta acqua per un peso pari alla somma dei due componenti.
La miscela cosi ottenuta viene fusa, ad esempio utilizzando fornaci a miscela di propano/ossigeno ad una temperatura di 1100<* >- 1400<*>C, preferibilmente 1300 ± 15“C.
Al trattamento di fusione seguono i trattamenti di cristallizzazione necessari per ottenere materiali con caratteristiche "vetroceramiche". Le cristallizzazioni sono effettuate sul materiale proveniente dalla fusione mediante riscaldamento a temperatura di 600 - 900‘C per 1 - 6 h in forni elettrici ad elevata stabilità (± 0.5°C/24 h)
Gli esempi qui di seguito riportati servono a meglio comprendere l'invenzione senza tuttavia avere alcuno scopo limitativo.
ESEMPIO 1
Vetroceramico ottenuto senza fondente
La miscela utilizzata è composta da rifiuto contenente amianto (RCA) e fanghi rossi di tipo goethitico (FR), nella misura di 50 cm<3 >di RCA e 5,6 cm<3 >di fanghi rossi (90% RCA e 10% FR). Il tipo di RCA utilizzata è una polvere ottenuta dalla macinazione di un pannello isolante costituito da amianto di crisotilo, gesso e calcite con una densità apparente di circa 1,9 g/cm<3 >(Tabella 1).
La miscela è mescolata ad acqua in misura pari al 25% del peso. Il fango ottenuto è posto in un crogiolo di platino e fuso alla temperatura di 1450°C per 6 minuti rimescolando più volte. Il fuso è stato colato su un supporto di platino posto alla temperatura di 760°C ed ha dato un composto vetroso di colore nero lucido e compatto, privo di fessure e nuclei di fasi altofondenti.
Il prodotto ottenuto ha le seguenti caratteristiche:
- densità: 3,2 g/cm<3>
- durezza Vickers: 760
- debolmente attaccabile dagli acidi forti (HC1, H2S04 al 37% a caldo)
- elevata resistenza alle basi forti (NaOH 2M a 100<*>C) All'esame in microscopia ottica non compaiono fibre di amianto mentre all'analisi in diffrazione X non compaiono riflessi di sostanze cristalline (Fig. la)
La cristallizzazione è stata eseguita per 6 h a 650<*>C in fornace elettrica. Il materiale cosi trattato si presenta ricchissimo di cristalli, da 2 a 5 jum (Fig. 2)
I cristalli sono disposti in modo omogeneo e formano dei piccoli gruppi raggiati di dimensioni comprese tra 3 e 6 um. Le analisi in diffrazione X mostrano la presenza di silicati di Fe e Mg e di scarsi riflessi di fasi tipo spinello (Fig. lb).
Lo stesso campione cristallizzato fino a 16 h a 650°C mostra la presenza di cristalli di maggiori dimensioni, da 5 a 10 um..
ESEMPIO 2
Vetroceramico ottenuto con fondente carbonatico
II materiale di partenza è costituito da una miscela composta dal 25% di fango rosso di tipo goethitico, il 25% di RCA (pannello di crisotilo, gesso e calcite) e dal 50% di polvere di carbonato di calcio.
I componenti sono stati pesati e mescolati insieme ad un peso di acqua pari al 50% del peso totale.
II fango cosi ottenuto è stato fuso in un crogiolo di platino a 1300°C; la fusione è stata portata a termine in 8 minuti mescolando in modo continuo per far degassare il fondente evitando il formarsi di bolle interne al liquido. Il fuso è stato colato su un supporto di acciaio posto a temperatura ambiente, dando luogo ad un vetro di colore nero, riflesso metallico, lucido e compatto, privo di fessure, bollosità e nuclei di fasi altofondenti.
Il prodotto ottenuto ha le seguenti caratteristiche:
- densità: 3,36 g/cm3
- durezza Vickers: 980
- attaccabile da acidi forti (HC1, H2SO4 al 37%)
- inattaccabile da basi forti (NaOH 2M a 110°C) All'esame in microscopia ottica non compaiono fibre di amianto (Fig. 3)
All'esame di diffrazione X si nota la presenza dei riflessi principali della magnetite.
Il trattamento di ricristallizzazione è stato effettuato a 650 *C per 6 h ed ha portato alla formazione di una struttura fittamente cristallina come è visibile nelle foto eseguite al microscopio elettronico e ottico (Fig. 4, 5).
Le dimensioni raggiunte dai cristalli variano da 0,3 a 1,5 jum; i cristalli hanno forma dendritica con individui che crescono in modo orientato a partire dai nuclei costituiti da magnetite.
Le analisi in diffrazione X mostrano la presenza di spinelli tipo franklinite (ZnFe204) e magnetite (Fe304) e di silicati di calcio quali la «<-CaSi04.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1. Processo per la preparazione di materiali vetroceramici a partire da scorie a base di amianto e fanghi reflui da processi idrometallurgici in cui: a) le scorie contenenti amianto vengono macinate fino ad ottenere particelle di dimensioni comprese fra 10 e 60 um in presenza di una quantità d'acqua compresa fra il 30 - 70% in peso; b) i fanghi del processo idrometallurgico sono lavati ed essiccati fino a che il loro contenuto d'acqua e inferiore al 40% in peso; c) i prodotti provenienti dai passaggi (a) e (b) sono mescolati fra loro, eventualmente con aggiunta di fondenti e alla miscela è aggiunta acqua in quantità in peso pari al peso dei componenti la miscela; d) la miscela ottenuta nel passaggio precedente è fusa e quindi ricristallizzata. 2.Processo secondo la rivendicazione 1 in cui i fanghi del passaggio (b) provengono da un processo idrometallurgico per la produzione dello zinco. 3. Processo secondo la rivendicazione 2 in cui i due prodotti del passaggio (c) sono mescolati fra loro in percentuale compresa fra il 25% - 90% (fanghi dalla macinazione delle scorie contenenti amianto) e il 10% - 25% (fanghi dal processo idrometallurgico). 4. Processo secondola rivendicazione 3 in cui il fondente è costituito da carbonati o scorie di vetro basico. 5. Processo secondo la rivendicazione 4 in cui il fondente è presente in quantità compresa fra 15% e 60% in peso. 6. Processo secondo la rivendicazione 5 in cui la fusione è effettuata a temperatura di 1100° - 1400°C. 7. Processo secondo la rivendicazione 6 in cui la ricristallizzazione è effettuata a temperatura compresa fra 600° - 900°c. 8. Materiali vetroceramici ottenuti con un processo secondo la rivendicazione 1.
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