ITMI20002294A1

ITMI20002294A1 - Miscele idrauliche catalizzate contenenti inerti per la produzione dimanufatti non inquinanti e manufatti con esse prodotti

Info

Publication number: ITMI20002294A1
Application number: IT2000MI002294A
Authority: IT
Inventors: Angelo Toschi; Eleonora Fornasari
Original assignee: Pescale S P A; S M I A S R L
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2002-04-24
Also published as: WO2002034691A1; EP1328488A1; DK1328488T3; EP1328488B1; DE60139210D1; ATE435843T1; IT1319238B1; ES2329551T3; PT1328488E

Description

Con le miscele proposte si possono produrre manufatti non inquinanti. Descrizione dellinvenzione

Campo d'impiego

La presente invenzione si riferisce a miscele idrauliche catalizzate contenenti inerti per la produzione di manufatti non inquinanti ed a manufatti con esse prodotti secondo i preamboli delle rivendicazioni 1 e 10.

Sfondo tecnologico e stato della tecnica

Come noto, è in grande sviluppo nel settore dello smaltimento dei rifiuti urbani, e di quelli industriali ed altri ad essi assimilabili, il processo di termodistruzione o incenerimento. Da tali attività di smaltimento si generano grandi quantità di ceneri derivanti dalla combustione di rifiuti che sono fortemente inquinanti. In Italia, ad esempio, tali ceneri o scorie ammontano a circa 1,5 milioni di tonnellate/anno e entro due anni tali quantità sono destinate a triplicarsi.

A causa delle severe norme antinquinamento previste per lo smaltimento di queste scorie o ceneri, alle aziende che gestiscono impianti di incenerimento e/o cogenerazione viene imposta la ricerca di sempre nuove discariche per lo smaltimento di dette ceneri. Inoltre, oltre che difficoltoso, lo smaltimento delle ceneri derivanti dalla combustione di rifiuti è anche alquanto costoso.

È invero diffuso l’uso di aggiungere, in piccola parte, le ceneri derivanti dalla combustione di rifiuti incorporandole in miscele con il cemento, nella percentuale del 5/7%, che viene utilizzato poi per i consueti usi di tale materiale. Si tratta pertanto di quantitativi piuttosto modesti, che interessano principalmente le ceneri fini e per campi di impiego piuttosto limitati.

E’ parimenti noto smaltire altre scorie provenienti da processi termici della metallurgia con inerti da cava e relativi catalizzatori, le quali miscele vengono poi mescolate con acqua per produrre agglomerati per realizzare manufatti come, ad esempio, rilevati e sovrastrutture stradali e ferroviarie, pavimentazioni di piazzali e simili. Questi conglomerati idraulici catalizzati sono realizzabili analogamente ai noti agglomerati cementizi e possono essere posti in opera come questi ultimi per realizzare le opere o manufatti desiderati. I noti conglomerati idraulici catalizzati sono anche largamente utilizzati ed inseriti in capitolati di opere per l'ANAS e per le FFSS.

Sebbene i noti conglomerati idraulici catalizzati presentino indubbiamente buone caratteristiche geotecniche e comportamentali, essi presentano diversi inconvenienti e svantaggi. Essi utilizzano infatti solamente e notevoli quantità di inerti da cava che, come noto, sono reperibili con difficoltà sempre crescenti.

Infatti, le norme che regolano l'apertura di nuove cave prevedono una maggiore conservazione del territorio ed il conseguente necessario ripristino ambientale comporta un notevole aumento dei costi degli inerti da cava e, di riflesso, degli agglomerati con essi prodotti.

E parimenti noto il fatto che tutte le amministrazioni comunali sono alla ricerca nelle loro aree urbane di nuovi luoghi per creare discariche per le macerie da demolizioni edili che ammontano a quantitativi rilevanti, ad esempio in Italia dell'ordine di grandezza di molti milioni di tonnellate/anno.

È inoltre noto il fatto che tutte le aziende che gestiscono inceneritori di rifiuti sono anch’esse alla ricerca di nuovi luoghi per creare discariche adatte allo smaltimento delle ceneri provenienti dalla combustione. Tali ceneri sono prodotte, ad esempio, in Italia nell'ordine di grandezza di alcuni milioni di tonnellate/anno.

La situazione brevemente illustrata più sopra per l'Italia vale sostanzialmente anche per altri paesi esteri, in alcuni dei quali le norme antinquinamento e di conservazione del territorio sono ancora più severe. Gli inventori della presente domanda, nella precedente domanda di brevetto C099A000019 a nome delle richiedenti, non ancora pubblicata, e che viene qui incorporata per scopi di riferimento, avevano proposto miscele idrauliche catalizzate per il riutilizzo di scorie industriali provenienti da cicli termici della metallurgia dei metalli ferrosi e non ferrosi e per l’utilizzo di inerti di recupero provenienti da demolizioni edili con appositi catalizzatori, laddove sono state parimenti indicate opportune percentuali delle diverse componenti e modalità di utilizzo dei catalizzatori per la preparazione e stoccaggio delle miscele a secco, come pure per il loro impiego a formare conglomerati per la produzione di manufatti.

Esposizione dell’ invenzione

Alla base della presente invenzione è posto il compito tecnico di indicare come effettuare uno smaltimento ecologico ineccepibile ed economico delle summenzionate ceneri provenienti dalla combustione di rifiuti urbani, o ad essi assimilabili, e ciò in quantitativi sensibili.

Questo compito viene risolto^ secondo l’invenzione, con miscele, e manufatti con esse ottenuti, che presentano le caratteristiche delle rivendicazioni 1 e 10, rispettivamente.

Altri sviluppi e composizioni vantaggiosi sono rilevabili dalle ulteriori rivendicazioni.

Gli stessi inventori hanno infatti ora riscontrato che sorprendentemente le miscele idrauliche catalizzate proposte per lo smaltimento delle scorie industriali, vale a dire delle scorie metallurgiche provenienti da lavorazioni di minerali per l' estrazione di metalli ferrosi e non ferrosi e della loppa d’altoforno dellindustria metallurgica e/o delle ceneri provenienti dalla combustione del carbone nelle centrali termoelettriche, con i relativi catalizzatori basici, sono fondamentalmente in grado, previa riformulazione delle loro composizioni e con le opportune granulomerie e percentuali, di confinare in modo affidabile anche gli inquinanti delle summenzionate ceneri derivanti dalla combustione di rifiuti urbani, o ad essi assimilabili, nei manufatti realizzati.

L’insegnamento basilare dell'invenzione consiste sostanzialmente nel fatto di sostituire opportunamente nelle miscele idrauliche catalizzate per lo smaltimento di scorie industriali, le scorie metallurgiche provenienti dalla lavorazione di minerali per l' estrazione di metalli ferrosi e non ferrosi con le menzionate ceneri derivate dalla combustione di rifiuti urbani, o ad essi assimilabili, prevedendo opportune granulometrie e percentuali.

Con le miscele ed i manufatti secondo l'invenzione si ottengono diversi ed importanti vantaggi.

Innanzitutto le miscele proposte presentano carattèristiche geotecniche e comportamentali del tutto analoghe a quelle dei noti conglomerati idraulici catalizzati, ed altri prodotti alternativi, come materiale arido da cava frantumato o non frantumato, misti stabilizzati per sottofondi stradali, misti cementati o bituminosi e simili.

Le miscele proposte sono inoltre realizzabili in modo molto più economico delle note miscele idrauliche catalizzate con inerti da cava, delle quali mantengono tuttavia i vantaggi pratici di facilità di formazione e di posa in opera.

L’insegnamento secondo l'invenzione consente di eliminare in modo semplice, affidabile ed economico tutti i problemi connessi alla presenza delle sostanze inquinanti contenute nelle ceneri sia leggere che pesanti derivanti dalla combustione di rifiuti solidi urbani o ad essi assimilabili considerati.

Un ulteriore vantaggio delle nuove miscele proposte va visto nel fatto che esse mantengono sostanzialmente tutti i vantaggi delle miscele idrauliche catalizzate contenenti scorie industriali. Infatti, le miscele secondo l'invenzione possono essere utilizzate in numerosi campi d’impiego, come ad esempio per realizzare i menzionati rilevati e sovrastrutture stradali e ferroviarie, in pavimentazioni di piazzali, nonché per realizzare opere di recupero ambientale di cave e discariche, in opere di bonifica di siti inquinati da impermeabilizzare, in fondazioni di discariche e così via.

Esse inoltre, nell'esecuzione formata solo da materiali secchi, può essere stoccata per periodi anche lunghi senza diminuire la sua lavorabilità, laddove la presa idraulica potrà essere attivata vantaggiosamente solo alla formazione dell'agglomerato, ovvero dopo raggiunta dell'acqua. Parimenti, tutti i catalizzatori, o una parte degli stessi, sono previsti in fase liquida, la qual cosa faciliterà la formazione, trasporto e stoccaggio delle miscele, che, in ogni caso, saranno pronte per realizzare i relativi agglomerati mediante la sola aggiunta dell'acqua necessaria.

Inoltre, dopo l'avvenuta preparazione della miscela con acqua e catalizzatori, l’agglomerato è accumulabile per un tempo di 3-4 giorni prima che nell'agglomerato inizi la presa idraulica, per cui in questo periodo l'agglomerato conserva inalterate le sue caratteristiche di lavorabilità. E' questo un vantaggio molto importante che permette un'interruzione dei lavori, ad esempio per i fine-settimana o giorni festivi, senza pregiudicare affatto la lavorabilità e le caratteristiche dei materiali proposti.

La presa degli agglomerati secondo l'invenzione è parimenti prevista vantaggiosamente lenta, la qual cosa comporta i seguenti ulteriori vantaggi:

- nella gettata o messa in opera l'agglomerato è utilizzabile con estrema facilità;

- è possibile rispettare in modo semplice le prescrizioni di compattazione previste;

- poiché per attivare la presa le miscele hanno bisogno vantaggiosamente di una limitata quantità d'acqua, dette miscele possono essere preconfezionate e stoccate anche per lunghi periodi.

Un ulteriore aspetto importante delle miscele secondo l’invenzione consiste nel fatto che gli inerti da demolizioni edili sono disponibili, anche dopo il previsto trattamento, a costi contenuti, per cui le miscele ed i manufatti secondo l'invenzione sono producibili vantaggiosamente in modo economico.

Ancora un altro importante aspetto è che le miscele proposte utilizzano prevalentemente rifiuti, vale a dire: 1) rifiuti provenienti dal trattamento di macerie da demolizione e 2) rifiuti provenienti dall’ incenerimento di rifiuti solidi urbani, o ad essi assimilabili, entrambi detti rifiuti essendo altrimenti di difficile e costoso smaltimento. In tal modo viene così notevolmente ridotta l'estrazione di inerti da cava e l'uso di discariche, con conseguente beneficio economico ed ambientale.

Ulteriori caratteristiche, dettagli e vantaggi delle miscele secondo l'invenzione e dei manufatti con esse realizzati risulteranno ulteriormente dalla descrizione seguente contenente diversi esempi di esecuzione.

Le miscele secondo l’invenzione comprendono sostanzialmente:

a) inerti, provenienti prevalentemente, preferibilmente totalmente, da trattamento di macerie di demolizioni edili, macinate, trattate e selezionate granulometricamente;

b) ceneri e scorie formate da :

bl) ceneri leggere e pesanti che residuano dalla combustione dei rifuti solidi urbani o da rifiuti ad essi assimilabili;

b2) loppe d'altoforno e/o ceneri leggere provenienti dagli altiforni dell 'industria metallurgica e/o dalla combustione del carbone nelle centrali termoelettriche;

c) agenti catalizzatori di presa e neutralizzazione degli inquinanti delle scorie.

Le varie componenti summenzionate vengono utilizzate secondo l'invenzione in rispettivi intervalli di granulometria e percentuali in volume stabiliti nel corso di specifiche ricerche e prove, e comunque tali da rispettare la precisa caratterizzazione geotecnica di volta in volta desiderata.

I previsti agenti catalizzatori di presa sono stati opportunamente scelti, dosati e miscelati, ed essi potranno essere previsti in forma polverulenta e/o, in determinate situazioni, in forma di soluzioni acquose. Questi agenti catalizzatori saranno scelti e dosati preferibilmente in modo da ottenere delle azioni di presa scaglionate nel tempo, come richiamato nel seguito. Il loro scopo è quello di creare e di mantenere nel tempo un ambiente basico con un pH di almeno 11, che, come rilevato anche con le miscele contenenti scorie industriali, permette di esaltare il potere idraulico della loppa granulata e delle ceneri leggere da altoforno, quando previste.

Si osserva ulteriormente che il dosaggio della loppa e/o e delle ceneri leggere da altoforno, le cui componenti costitutive sono notoriamente la calce, la silice e l'allumina, dipenderà sia dal tipo di inerti utilizzati che dalla destinazione d'uso dell'opera o manufatto considerato, e ciò perché la loppa determina la presa idraulica della miscela e, di riflesso, le sue caratteristiche prestazionali. Con i dosaggi più bassi la loppa viene vantaggiosamente preventivamente leggermente frantumata in modo da presentare una granulometria nell'intervallo di 0,05 - 1,5 mm, con circa il 15% di loppa inferiore a 100 μm.

Si osserva inoltre che si possono utilizzare inerti, anche non lavati, provenienti da frantumazione di macerie edili nella percentuale indicata del 20 al 60%, tale percentuale dovrà infatti garantire la presenza dell'opportuna quantità di materiale calcareo.

Le ceneri completano le miscele, previa opportuna verifica dell'intervallo granulometrico complessivo.

Il confinamento o neutralizzazione degli inquinanti contenuti nelle ceneri viene garantito/a dall'effetto inertizzante dovuto alla ricristallizzazione dei sali idrati formanti la loppa e/o le ceneri leggere da altoforno in presenza del menzionato ambiente basico mantenuto nel tempo e dal materiale calcareo fornito dagli inerti da demolizioni edili, analogamente a quanto avviene con le note miscele per smaltire le scorie industriali.

Nel seguito vengono fomiti esempi di composizioni di miscele idrauliche catalizzate contenenti ceneri derivanti dalla combustione di rifiuti solidi urbani, o ad essi assimilabili, nonché inerti secondo l’invenzione.

Esempio 1

Inerti provenienti dal trattamento di macerie da demolizione, granulometria 0,05-15 mm, percentuale in volume 37% ; loppa, granulometria 0,1- 1,5 mm, percentuale in volume 12% ; ceneri da combustione, granulometria 0,05-30 mm, percentuale in volume 50% ; catalizzatori: basici in forma polverulenta, percentuale in volume 0,6% , basici diluiti in acqua al 50%, percentuale in volume 0,4%.

Esempio 2

Inerti provenienti dal trattamento di macerie da demolizione, granulometria 0,01-15 mm, percentuale in volume 50% ; loppa, granulometria 0,1 -1,5 mm, percentuale in volume 10% ; ceneri pesanti e leggere provenienti da combustione di rifiuti, granulometria 0,05-30 mm, percentuale in volume 39% ; catalizzatori: basici in forma polverulenta, percentuale in volume 1 ,0%.

Esempio 3

Inerti provenienti dal trattamento di macerie da demolizione , granulometria 0,01-30 mm, percentuale in volume 30% ; loppa, granulometria 0,01- 1,5 mm, percentuale in volume 10% ; cenere leggera da altoforno, granulometria 0,001- 1,0 mm, percentuale in volume 9% ; ceneri provenienti dalla combustione di rifiuti solidi urbani o ad essi assimilabili, granulometria 0,05-30 mm, percentuale in volume 50% ; catalizzatori: basici in forma polverulenta, percentuale in volume 0,3% , bàsici diluiti in acqua al 50%., percentuale in volume 0,7%.

Esecuzione di conglomerati per la formazione di manufatti partendo dalle miscele secondo l'invenzione·

La seguente manipolazione ha luogo vantaggiosamente analogamente a quanto previsto per realizzare manufatti partendo dalle miscele contenenti scorie industriali.

Le singole componenti della miscela, e quindi anche i catalizzatori polverulenti, vengono caricati nei serbatoi di un noto impianto di dosaggio volumetrico con miscelazione, il quale consente il prelievo di quantità preimpostabili delle dette componenti, laddove dette quantità verranno stabilite di volta in volta in funzione dell'utilizzo previsto e delle caratteristiche prestazionali desiderate del manufatto.

La miscela ottenuta è pertanto formata da componenti secche e può essere stoccata, trasportata in cantiere, oppure miscelata, quando desiderato, con la quantità d'acqua necessaria per l'ottenimento del valore ottimale della densità dell'agglomerato, laddove tale valore è controllabile con una nota prova Proctor.

Sebbene i catalizzatori possano essere previsti ed aggiunti in forma polverulenta alle altre componenti per formare le miscele secche, secondo una forma di esecuzione preferita dell'invenzione i catalizzatori previsti, o alcuni di essi, possono essere utilizzati in forma di soluzione acquosa che viene poi aggiunta alla miscela nel momento in cui si desidera formare l'impasto o agglomerato da porre in opera. Ciò consente di stabilire l'inizio della presa idraulica, che verrà attivata con la sola aggiunta dell'acqua. Si evidenzia che le tre componenti della loppa, ovvero la calce, la silice e l'allumina, poste in un ambiente basico con un pH di almeno 11, ottenuto mediante l'aggiunta di una soluzione acquosa contenente disciolti soda, calce e gesso come catalizzatori, passano in soluzione e cristallizzano in sali idrati con l'ausilio di detti catalizzatori. La velocità di presa idraulica è legata alla velocità di dissoluzione delle componenti che è una caratteristica specifica della loppa utilizzata, nonché alla superficie specifica della loppa, al tipo e qualità dei catalizzatori ed alla temperatura. Il conglomerato ottenuto dopo l'aggiunta dell'acqua espleta una presa lenta che, partendo da materiali componenti residuali poveri che richiederebbero altrimenti uno smaltimento complicato e costoso, conferisce al manufatto ottenuto delle caratteristiche geotecniche assolutamente pregevoli relativamente all'elasticità, all'impermeabilità, ed alla resistenza.

Si osserva che la presa nelle miscele secondo l'invenzione è in ogni caso piuttosto lenta, ed essa ha luogo progressivamente nel tempo secondo l’andamento tipico seguente:

- aumento lento della presa nelle prime tre o quattro settimane;

- accelerazione della presa dal secondo al sesto mese di maturazione; - rallentamento ma continua crescita della cristallizzazione fino al terzo anno con progressivo appiattimento della curva delle resistenze verso il valore asintotico della resistenza massima.

Si osserva infine che gli agglomerati secondo l'invenzione possono essere formati, trasportati e trattati o gettati con attrezzature e mezzi di uso corrente nei cantieri non necessitando di apparecchiature speciali.

Gli esperti del ramo potranno ovviamente impiegare altre ceneri derivanti dalla combustione di rifiuti, ovvero altre loppe ed anche scorie metallurgiche, nonché corrispondenti agenti catalizzatori atti a creare le condizioni illustrate più sopra, senza per questo fuoriuscire dall’ambito di protezione della presente invenzione come sopra descritto e sotto rivendicato.

Claims

Rivendicazioni 1. Miscele idrauliche catalizzate per la produzione di manufatti non inquinanti, caratterizzate dal fatto di comprendere: a) materiali inerti formati prevalentemente, preferibilmente totalmente, da inerti di recupero provenienti da demolizioni edili, preventivamente bonificati e triturati ad una granulometria nell’ intervallo di 0,05 - 30 mm, con una percentuale in volume nell’ intervallo del 20 - 60%, b) loppa d’altoforno, proveniente dagli altoforni dellindustria metallurgica con una granulometria nell’intervallo di 0,05 - 3 mm e con una percentuale in volume nell’intervallo del 9 - 15%, e/o c) ceneri leggere, ad esempio d’altofomo o provenienti dalla combustione del carbone nelle centrali termoelettriche, con granulometria nell’intervallo dello 0,001 - 1,0 mm e con una percentuale in volume nell’intervallo del 8 - 10 %, d) ceneri provenienti dalla combustione di rifiuti solidi urbani, o ad essi assimilabili, con una granulometria nell’intervallo delio 0,05 - 30 mm e nella percentuale in volume del 10 - 70%, e) catalizzatori atti a creare, in presenza di acqua un ambiente basico, con almeno un pH di 11, per cui la loppa, in presenza di detto ambiente basico mantenuto nel tempo e di materiale a matrice calcarea fornito dagli inerti da demolizione, effettua il confinamento degli inquinanti presenti nella miscele.
2. Miscele secondo la rivendicazioni 1, caratterizzate dal fatto che i catalizzatori sono formati da calce e/o soda e/o gessi nelle forme usualmente commercializzate o qualificabili anche essi come rifiuti.
3. Miscele secondo la rivendicazione 2, caratterizzate dal fatto che i catalizzatori calce e gessi sono polverulenti e quindi atti ad essere miscelati a secco con le componenti restanti delle miscele.
4. Miscele secondo la rivendicazione 2, caratterizzate dal fatto che i catalizzatori calce e gessi possono provenire anche da processi di neutralizzazione in impianti di depurazione chimico fisica delle acque o da impianti di trattamento di rifiuti e vengono miscelati con le componenti restanti delle miscele.
5. Miscele secondo la rivendicazione 2, caratterizzate dal fatto che il catalizzatore soda viene utilizzato in soluzione acquosa così da essere aggiunto alla rispettiva miscela al momento della formazione del relativo agglomerato con aggiunta della necessaria quantità d'acqua.
6. Miscele idrauliche catalizzate per la produzione di manufatti non inquinanti, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzate dal fatto di comprendere: a) inerti provenienti dal trattamento di macerie di demolizione, con una granulometria nell’ intervallo dello 0,05 - 15 mm ed una percentuale in volume del 37%, b) loppa, con una granulometria nell’ intervallo dello 0,1 - 1,5 mm ed una percentuale in volume del 12%, c) ceneri da combustrione di rifiuti con una granulometria nell’ intervallo dello 0,05 - 30 mm ed una percentuale in volume del 50%, d) catalizzatori basici di) in forma polverulenta, percentuale 0,6%, d2) diluiti in acqua al 50%, percentuale in volume 0,4%.
7) Miscele idrauliche catalizzate per la produzione di manufatti non inquinanti, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzate dal fatto di comprendere: a) inerti provenienti dal trattamento di macerie da demolizione, con una granulometria nell’ intervallo dello 0,001 - 15 mm ed una percentuale in volume del 50%, b) loppa, con una granulometria nell’ intervallo dello 0,1 - 1,5 mm ed una percentuale in volume del 10%, c) ceneri pesanti e leggere provenienti dalla combustione di rifiuti, con una granulometria nell’ intervallo dello 0,05 - 30 mm ed una percentuale in volume del 39%, d) catalizzatori basici in forma polverulenta, percentuale in volume 1%.
8) Miscele idrauliche catalizzate per la produzione di manufatti non inquinanti, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzate dal fatto di comprendere: a) inerti provenienti dal trattamento di macerie da demolizione con una granulometria nell’ intervallo dello 0,01 - 30 mm ed una percentuale in volume del 30%, b) loppa, con una granulometria nell’ intervallo dello 0,01 - 1,5 mm ed una percentuale in volume del 10%, c) cenere leggera, ad esempio da altoforno, con una granulometria nell’ intervallo dello 0,001 - 1,0 mm ed una percentuale in volume del 9%, d) ceneri provenienti dalla combustione di rifiuti solidi urbani, o ad essi assimilabili, con una granulometria nellintervallo dello 0,05 - 30 mm ed una percentuale in volume del 50%, e) catalizzatori basici el) in forma pulverulenta, percentuale in volume dello 0,3%, e2) diluiti in acqua al 50%, percentuale in volume 0,7%.
9. Miscele secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzate dal fatto che le granulometrie e le percentuali in volume delle componenti delle miscele, nonché i catalizzatori sono scelti di volta in volta in modo da fornire una presa idraulica scaglionata nel tempo.
10. Manufatti, in forma di rilevati, sovrastrutture stradali e ferroviarie, pavimentazioni e simili, caratterizzati dal fatto di essere realizzati con agglomerati prodotti con le miscele secondo una o più delle rivendicazioni precedenti.