ITMI20130757A1 - Composizione granulare a ridotta segregabilita', suo procedimento di preparazione e relativi usi - Google Patents

Description

COMPOSIZIONE GRANULARE A RIDOTTA SEGREGABILITÀ, SUO

PROCEDIMENTO DI PREPARAZIONE E RELATIVI USI.

La presente invenzione concerne una composizione granulare a ridotta segregabilità, il suo procedimento di preparazione e i relativi usi.

In particolare, la composizione granulare oggetto della presente invenzione à ̈ una composizione a base di calce viva e/o roccia carbonatica, che può essere stoccata e movimentata evitando, almeno in parte, gli inconvenienti che tipicamente si riscontrano durante l’utilizzo dei materiali granulari.

Come noto, i materiali granulari sono materiali solidi in forma suddivisa costituiti da un insieme discreto di particelle aventi diametro variabile da pochi micrometri a diversi centimetri. I materiali granulari in cui le particelle hanno dimensioni tali da potere essere facilmente mantenute in sospensione in una corrente gassosa oppure nell’aria atmosferica sono generalmente detti “polveri†. La natura particellare dei materiali granulari rende questi materiali soggetti a fenomeni di segregazione e demiscelazione, che possono verificarsi sia durante lo stoccaggio sia durante la movimentazione.

Il fenomeno della segregazione di un materiale granulare consiste nella formazione di regioni, all’interno della massa di detto materiale, aventi diverse caratteristiche di composizione, in particolare diversa distribuzione granulometrica. Per effetto della segregazione, ad esempio, in una massa granulare chimicamente omogenea (materiale mono-componente) possono formarsi regioni più ricche di particelle fini e altre più ricche di particelle più grossolane.

Nel caso in cui il materiale granulare sia composto da più di un componente granulare (materiale multi-componente), la segregazione può portare alla formazione di regioni aventi anche composizione chimica differente. In casi estremi, la segregazione può risultare nella separazione sostanziale dei componenti del materiale granulare (demiscelazione).

I meccanismi alla base dei fenomeni di segregazione e demiscelazione dei materiali granulari sono molteplici. Generalmente, le cause della segregazione dei material granulari sono riconducibili principalmente alle diverse dimensioni dei granuli (ossia, alla specifica distribuzione granulometrica) presenti nel materiale, alle differenze di forma dei granuli nonché alle differenze di densità.

Poiché nel mondo più della metà delle materie processate industrialmente à ̈ in forma granulare, nei processi industriali che impiegano detti materiali, quali ad esempio i processi dell'industria chimica, dell’industria metallurgica, dell’industria mineraria, dell’industria farmaceutica, dell’industria alimentare, ecc., i fenomeni di segregazione implicano diversi inconvenienti.

Nel caso dello stoccaggio, ad esempio, la segregazione della massa di materiale granulare può comportare variazioni significative delle proprietà chimiche e fisiche fra le diverse porzioni prelevate da detta massa. Le differenze possono essere di entità tale da determinare variazioni indesiderate (o, addirittura, non accettabili) delle caratteristiche di un prodotto finale ottenuto da un processo produttivo in cui tali porzioni di materiale sono impiegate (cosiddetti, “prodotti fuori specifica†).

Le differenti caratteristiche delle porzioni di materiale granulare prelevate da una stessa massa (in inglese, bulk) e determinate dai fenomeni di segregazione possono, inoltre, influire negativamente sull’ottimale svolgimento di un processo produttivo. Ad esempio, un andamento irregolare nell’efflusso di un materiale granulare dai contenitori di stoccaggio (ad esempio, aliquote di uno stesso materiale prelevate in successione ed aventi densità significativamente differenti) può comportare dosaggi volumetrici del materiale granulare poco accurati, così come uno scarso controllo del peso in dosaggi gravimetrici con conseguenti variazioni intermittenti nella potenza di azionamento delle apparecchiature di estrazione del materiale granulare dai contenitori di stoccaggio o degli altri dispositivi utilizzati per la sua movimentazione.

Un altro importante inconveniente derivante dall’impiego di materiali granulari segregati à ̈ connesso al loro possibile impatto sull’ambiente e sulla salubrità degli ambienti di lavoro. La segregazione, infatti, può determinare nella massa del materiale stoccato la formazione di regioni (e, quindi, di corrispondenti porzioni prelevate) a maggiore accumulo di particelle fini. Le particelle fini sono più facilmente soggette ad essere disperse accidentalmente nello spazio circostante durante la movimentazione del materiale granulare (emissioni diffuse o fuggitive). La diffusione di polveri negli ambienti di lavoro, ad esempio, si può riscontrare in prossimità delle attrezzature utilizzate per il confezionamento dei materiali granulari oppure per il loro convogliamento da un punto ad un altro di un impianto industriale (es. nastri trasportatori, coclee, elevatori a tazze, sistemi di trasporto pneumatico, ecc.).

Particolarmente rilevante, inoltre, à ̈ l’impatto ambientale dei materiali granulari utilizzati in spazi aperti, come ad esempio nel caso dei trattamenti di stabilizzazione di suoli da costruzione o dei trattamenti di terreni agricoli. Poiché in queste applicazioni i materiali granulari (es. calce viva, carbonato di calcio, ecc.) sono usati in grosse quantità, la dispersione delle frazioni più leggere nell’ambiente non rappresenta solo un problema di inquinamento ambientale, ma anche un notevole spreco di materia prima.

Attualmente, nello stato della tecnica sono disponibili diversi accorgimenti per ovviare agli inconvenienti della segregazione dei materiali granulari.

Un primo accorgimento à ̈ rappresentato dall’impiego di contenitori di stoccaggio (ad esempio, sili) dotati al proprio interno di dispositivi in grado di minimizzare gli effetti di segregazione derivanti dalle modalità di riempimento adottate per introdurre il materiale granulare nei contenitori di stoccaggio (es. inserti a foggia di cono inverso, doppio cono, cuneo o piramide). Sono inoltre disponibili contenitori di stoccaggio dotati di dispositivi in grado di modificare il naturale moto di efflusso del materiale in uscita, così da garantire una maggiore omogeneità del materiale prelevato. Questo genere di soluzioni, tuttavia, può comportare un aumento significativo dei costi di investimento in apparecchiature e installazioni impiantistiche.

Un secondo accorgimento à ̈ rappresentato dalla opportuna selezione delle caratteristiche fisiche del materiale granulare, in particolare della sua distribuzione granulometrica, prima dello stoccaggio. I materiali granulari composti da granuli aventi forma e dimensioni più omogenee, infatti, sono meno soggetti a segregazione. Questo accorgimento, tuttavia, in molti casi non à ̈ facilmente applicabile oppure comporta un aggravio di costi e di tempo a causa delle operazioni aggiuntive di selezione del materiale.

Un’ulteriore accorgimento à ̈ rappresentato dall’aggiunta di additivi al materiale granulare in grado di produrre una parziale agglomerazione dei suoi granuli, così da modificarne l’originaria distribuzione granulometrica. Nel caso della calce viva e dei leganti a base di calcio, ad esempio, à ̈ noto trattare tali materiali con additivi a base di oli minerali. US 2002/0152933 A1, ad esempio, descrive il trattamento dei suddetti materiali mediante miscelazione con oli minerali ed il loro uso per il trattamento e la stabilizzazione dei suoli da costruzione. Per il trattamento dei terreni, tuttavia, l’uso di tali additivi à ̈ sconsigliabile per via del potenziale elevato impatto che questi possono avere sull’ambiente. Gli oli minerali, infatti, sono composti idrofobici sostanzialmente non biodegradabili e, quindi, destinati a permanere nell’ambiente inalterati, una volta dispersi.

Scopo della presente invenzione à ̈ ovviare agli inconvenienti connessi alla segregabilità di certi materiali in forma granulare evidenziati nello stato delle tecnica.

In particolare, la presente invenzione si pone lo scopo di ovviare agli inconvenienti derivanti dalla segregabilità dei materiali granulari derivanti dall’industria della calce.

Nell’ambito di tale scopo generale, uno scopo della presente invenzione à ̈ fornire una composizione granulare a base di calce viva e/o roccia carbonatica, che presenti una ridotta segregabilità durante lo stoccaggio e la movimentazione.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ fornire una composizione granulare a base dei suddetti materiali che presenti una maggiore omogeneità, così da poter essere suddivisa in porzioni aventi caratteristiche (chimiche, fisiche, meccaniche, ecc.) il più possibile omogenee fra loro ed identiche a quelle della massa di composizione granulare da cui tali porzioni sono separate.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ fornire una composizione granulare a base dei suddetti materiali che possa essere utilizzata in svariati settori applicativi con un ridotto inquinamento ambientale e una maggiore salubrità degli ambienti di lavoro.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ fornire un procedimento di preparazione di una composizione granulare a base dei suddetti materiali che sia economico e di facile realizzazione.

Questi e altri scopi sono raggiunti dalla composizione granulare secondo la presente invenzione, la quale comprende:

- almeno un materiale in forma di granuli scelto fra calce viva, roccia carbonatica e loro miscele,

- almeno un tensioattivo non-ionico,

ed in cui almeno una parte di detti granuli à ̈ in forma agglomerata per effetto di detto tensioattivo non-ionico.

Secondo un altro aspetto, la presente invenzione riguarda un procedimento per preparare la suddetta composizione granulare che comprende almeno la fase di miscelare almeno un materiale in forma di granuli scelto fra calce viva, roccia carbonatica e loro miscele, con almeno un tensioattivo non-ionico, ottenendo una composizione granulare in cui almeno una parte di detti granuli à ̈ in forma agglomerata per effetto di detto tensioattivo non-ionico.

Secondo ulteriori aspetti, la presente invenzione riguarda:

- l’uso della suddetta composizione granulare per stabilizzare un suolo nell’ambito di costruzioni infrastrutturali;

- l’uso della suddetta composizione granulare per la preparazione di materiali per costruzioni edili;

- l’uso della suddetta composizione granulare come ammendante per un terreno agricolo;

- l’uso della suddetta composizione granulare per trattare fanghi derivanti da un processo di depurazione di acque reflue;

- l’uso della suddetta composizione granulare per trattare un sedimento derivante dal dragaggio di un fondale marino;

- l’uso della suddetta composizione granulare nell’ambito dei trattamenti di bonifica per rimuovere l’inquinamento dei suoli.

Secondo un altro aspetto, la presente invenzione riguarda l’uso di almeno un tensioattivo non-ionico per ridurre la segregabilità di una composizione granulare che comprende almeno un materiale in forma di granuli scelto fra calce viva, roccia carbonatica e loro miscele.

La composizione secondo la presente invenzione à ̈ una composizione solida in forma suddivisa che comprende almeno un materiale scelto fra calce viva, roccia carbonatica e loro miscele. Nel seguito della presente descrizione, questi materiali sono altresì indicati indistintamente come “materiali calcici†.

Ai fini della presente invenzione, per calce viva si intende il prodotto ottenibile dalla calcinazione di materiali calcarei, magnesiaci o dolomitici, ossia materiali costituiti sostanzialmente da carbonato di calcio (materiali calcarei) o carbonato di calcio e carbonato di magnesio (materiali magnesiaci e dolomitici).

In funzione della composizione chimica del materiale sottoposto a calcinazione, la calce viva può essere classificata come calce viva calcica, magnesiaca o dolomitica. La calce viva calcica comprende ossido di calcio e piccole quantità di altri ossidi, come ossido di magnesio, quest’ultimo generalmente in quantità complessivamente inferiori a 2,5% in peso. La calce viva magnesiaca comprende ossido di calcio e ossido di magnesio, con quantità di ossido di magnesio generalmente comprese fra 2,5% e 16% in peso. La calce viva dolomitica comprende ossido di calcio e ossido di magnesio, con quantità di ossido di magnesio generalmente comprese fra 16% e 40% in peso.

Ai fini della presente invenzione, per roccia carbonatica si intende una roccia naturale comprendente carbonato di calcio (calcare), eventualmente in miscela con carbonato di magnesio (dolomia). Generalmente, il carbonato di magnesio à ̈ presente in quantità non superiori al 42% in peso della roccia carbonatica. Generalmente, la roccia carbonatica comprende anche altri composti o elementi, come silice, allumina e ferro, in una concentrazione complessiva generalmente inferiore a 1% in peso della roccia carbonatica.

Nella composizione granulare secondo la presente invenzione, la calce viva e la roccia carbonatica possono essere presenti in miscela, dove il rapporto ponderale fra i due componenti può variare in un ampio intervallo. Preferibilmente, quando presenti in miscela, il rapporto in peso fra calce viva e roccia carbonatica nella composizione granulare varia nell’intervallo 1:99–99:1 e preferibilmente nell’intervallo 10:90–90:10.

La composizione granulare, inoltre, può comprendere calce viva e/o roccia carbonatica in miscela con uno o più dei seguenti ulteriori materiali granulari:

- cemento,

- loppe di altoforno, quali ad esempio le loppe derivanti dai processi di produzione della ghisa,

- pozzolane naturali,

- gesso (solfato di calcio),

- ceneri volanti,

- ceneri solfocalciche.

La concentrazione di detti ulteriori materiali granulari nella composizione granulare, espressa come rapporto fra il peso complessivo di detti ulteriori materiali granulari e il peso complessivo della calce viva e/o roccia carbonatica, può variare nell’intervallo 10:90-90:10 e preferibilmente nell’intervallo 30:70-70:30.

In una ulteriore forma di realizzazione preferita dell’invenzione, la composizione granulare può comprendere anche fibre rinforzanti naturali e/o sintetiche.

I granuli dei materiali calcici usati ai fini della presente invenzione hanno dimensioni variabili entro un ampio intervallo, ossia hanno un’ampia distribuzione granulometrica. Generalmente, almeno il 99% in peso dei granuli dei materiali calcici utilizzati ha dimensioni inferiori a 5 mm.

Preferibilmente, la distribuzione granulometrica dei materiali calcici à ̈ caratterizzata dal fatto di comprendere granuli aventi dimensioni superiori a 3 mm in quantità uguale o inferiore a 10% in peso, più preferibilmente in quantità uguale o inferiore a 5% in peso.

Preferibilmente, la distribuzione granulometrica dei materiali calcici à ̈ caratterizzata dal fatto di comprendere granuli aventi dimensioni inferiori a 32 µm in quantità uguale o inferiore a 45% in peso, più preferibilmente in quantità uguale o inferiore a 30% in peso, ancor più preferibilmente in quantità uguale o inferiore a 15% in peso.

Calci vive aventi le suddette granulometrie sono disponibili sul mercato e generalmente identificate come materiali aventi granulometria “0-5 mm†o “0-3 mm†.

Preferibilmente, nella composizione granulare secondo la presente invenzione la roccia carbonatica à ̈ usata in forma di filler, vale a dire in forma di materiale granulare avente granulometria molto fine.

Il filler à ̈ costituito sostanzialmente da granuli aventi dimensioni uguali o inferiori a 200 micrometri. Preferibilmente, almeno il 95% in peso dei granuli del filler, più preferibilmente almeno il 99,5% in peso, ha dimensioni uguali o inferiori a 200 micrometri.

Nella presente descrizione, la distribuzione granulometrica delle composizioni granulari secondo l’invenzione e quella dei suoi componenti si intende determinata secondo la norma UNI EN 12485:2011.

I materiali calcici aventi le suddette granulometrie possono essere preparati tramite macinazione e vagliatura di materiali calcici più grossolani.

La Richiedente ha sorprendentemente trovato che miscelando i suddetti materiali calcici con almeno un tensioattivo non-ionico à ̈ possibile ottenere composizioni granulari che presentano una tendenza alla segregazione significativamente ridotta rispetto al materiale calcico di partenza.

In linea di principio, ai fini della presente invenzione qualunque tensioattivo non-ionico può essere utilizzato come agente anti-segregazione nella preparazione delle composizioni granulari.

Preferibilmente il tensioattivo non-ionico ha un elevato grado di biodegradabilità.

Esempi di tensioattivi non-ionici che à ̈ possibile impiegare sono: alcool etossilati e/o propossilati, alchil-fenoli etossilati e/o propossilati, acidi grassi etossilati e/o propossilati, esteri di acidi grassi etossilati e/o propossilati, copolimeri di ossido di etilene (EO) e ossido di propilene (PO), e loro miscele. Preferibilmente, il tensioattivo non-ionico à ̈ scelto fra gli alcool etossilati e/o propossilati.

Preferibilmente, gli alcool etossilati e/o propossilati, sono lineari e hanno preferibilmente un numero complessivo di atomi di carbonio compreso fra 4 e 30, preferibilmente fra 8 e 18, più preferibilmente fra 10 e 16.

Preferibilmente gli alcool etossilati e/o propossilati hanno un numero medio di moli di ossido di etilene (EO) per mole di alcool nell’intervallo 1-30, preferibilmente nell’intervallo 2-14, più preferibilmente nell’intervallo 2-10.

Preferibilmente gli alcool etossilati e/o propossilati hanno un numero medio di moli di ossido di propilene (PO) per mole di alcool nell’intervallo 1-15, preferibilmente nell’intervallo 2-10, più preferibilmente nell’intervallo 3-8.

In una forma di realizzazione particolarmente preferita della presente invenzione, il tensioattivo non-ionico à ̈ un alcool etossilato e propossilato avente catena alchilica lineare comprendente da 12 a 14 atomi di carbonio, un numero medio di moli di EO compreso fra 2 e 8 ed un numero medio di moli di PO compreso 3 e 6. Questo tipo di tensioattivo presenta un elevato grado di biodegradabilità. Grazie a tale proprietà, quando le composizioni granulari che comprendono il suddetto tensioattivo sono impiegate, ad esempio, per il trattamento dei suoli oppure in altre applicazioni che possono comportare la loro dispersione nell’ambiente, esse risultano avere un minore impatto ambientale.

Preferibilmente, i tensioattivi non-ionici sono sostanzialmente solubili in acqua a temperatura ambiente (20°C) e si presentano in forma fluida. Tipicamente, detti tensioattivi presentano una viscosità dinamica a T = 20°C dell’ordine di 70-115 cP.

I tensioattivi non-ionici sono largamente utilizzati in molti settori produttivi, ad esempio per la preparazione di composizioni detergenti per uso domestico e per il lavaggio del bucato o di piatti e stoviglie (generalmente, per attenuare l’effetto schiumogeno proprio delle composizioni detergenti). I tensioattivi non-ionici, inoltre, sono impiegati nella preparazione di prodotti per la cura personale.

I tensioattivi non-ionici utilizzabili ai fini della presente invenzione possono essere prodotti con i metodi di sintesi noti all’esperto del ramo e sono generalmente reperibili sul mercato.

Benché non si intenda in questa sede fare riferimento ad alcuna particolare teoria, si ritiene che l’azione del tensioattivo miscelato al materiale calcico sia principalmente quella di favorire la formazione di agglomerati fra i granuli di detto materiale calcico. In particolare, si ritiene che il tensioattivo esalti la naturale tendenza dei granuli più fini (in particolare quelli di dimensioni inferiori a 100 micrometri) ad interagire con i granuli di dimensioni maggiori circostanti attraverso interazioni di natura elettrostatica e/o forze di Van der Waals. Il materiale calcico trattato con il tensioattivo presenta granuli di aspetto fioccoso, dotati di buona resistenza fisica. I granuli sono tali da sopportare gli ordinari sforzi di taglio che si possono avere in una massa di composizione granulare durante il suo stoccaggio, movimentazione o utilizzo.

Il materiale calcico trattato con il tensioattivo in accordo alla presente invenzione presenta una distribuzione granulometrica differente rispetto al materiale non trattato (materiale di partenza), risultando più omogeneo rispetto a quest’ultimo. La distribuzione granulometrica del materiale calcico trattato, cioà ̈, risulta più ristretta rispetto alla distribuzione granulometrica del materiale di partenza). Tale distribuzione granulometrica più ristretta rende le composizioni granulari meno soggette ai fenomeni di segregazione rispetto ai materiali di partenza non trattati.

Il trattamento con il tensioattivo secondo la presente invenzione, inoltre, non influisce significativamente sulle proprietà del materiale calcico di partenza. Nel caso della calce viva, ad esempio, si osserva che il trattamento con il tensioattivo può addirittura migliorare la reattività di questo materiale con l’acqua (reazione di idratazione). Tale comportamento della calce viva à ̈ probabilmente dovuto al potere bagnante del tensioattivo (ossia, alla sua capacità di ridurre l’angolo di contatto tra le molecole d’acqua e le superfici delle particelle di calce viva), che favorisce l’interazione tra l’acqua e la calce e, quindi, la reazione di idratazione. È prevedibile che il medesimo effetto non sia riscontrabile, trattando i materiali calcici con additivi idrofobici, come ad esempio gli oli minerali usati nello stato della tecnica.

A differenza degli oli minerali usati nell’arte nota, le composizioni granulari della presente invenzione presentano inoltre il vantaggio di essere meno dannose per l’ambiente e la salute dell’uomo. Le composizioni granulari secondo la presente invenzione, pertanto, possono essere utilizzate in condizioni di maggiore rispetto dell’ambiente e della salubrità degli ambienti di lavoro.

Anche la scorrevolezza della composizione granulare secondo l’invenzione risulta sostanzialmente inalterata rispetto a quella del materiale calcico di partenza.

Le composizioni granulari secondo la presente invenzione sono preparate miscelando il tensioattivo non-ionico con il materiale calcico.

Se necessario, il materiale calcico à ̈ miscelato con il tensioattivo dopo essere stato sottoposto a macinazione e/o vagliatura così da avere una distribuzione granulometrica desiderata.

Nel caso in cui il materiale calcico comprenda una miscela di diversi materiali (es. calce viva e/o roccia carbonatica, eventualmente insieme con ulteriori materiali granulari), preferibilmente detti diversi materiali sono miscelati fra loro prima di essere trattati con il tensioattivo.

In una prima forma di realizzazione, il procedimento di preparazione della composizione granulare può prevedere che la miscelazione del tensioattivo con il materiale calcico sia effettuata contemporaneamente alla macinazione. Per la macinazione, si possono impiegare i dispositivi convenzionalmente impiegati a tal fine nell’industria della calce (es. mulini).

In una seconda forma di realizzazione, il tensioattivo può essere spruzzato sul materiale calcico, dopo che questo à ̈ stato macinato ed eventualmente vagliato. La spruzzatura del tensioattivo può essere effettuata, mediante ugelli di spruzzatura, all’interno di miscelatore in cui il materiale granulare à ̈ mantenuto in agitazione mediante sistemi di tipo meccanico (ad esempio, un albero orizzontale munito di palette agitatrici) per rinnovare di continuo la superficie del materiale calcico esposta al contatto con il tensioattivo nebulizzato.

I tensioattivi non-ionici utilizzabili ai fini della presente invenzione hanno generalmente una viscosità tale da potere essere facilmente nebulizzati. Tuttavia, qualora alla temperatura di utilizzo, il tensioattivo si presentasse oltremodo viscoso esso può essere riscaldato preventivamente prima della spruzzatura per renderlo più fluido.

Per preparare le composizioni granulari secondo la presente invenzione il materiale calcico di partenza à ̈ miscelato con almeno una quantità di tensioattivo nonionico sufficiente per agglomerare almeno una parte dei granuli di partenza. Preferibilmente, il tensioattivo à ̈ aggiunto al materiale calcico in una quantità compresa nell’intervallo 0,1-10,0% in peso rispetto al peso del materiale calcico, preferibilmente nell’intervallo 0,25,0% in peso, ancora più preferibilmente nell’intervallo 0,3-2,5% in peso.

I tensioattivi disponibili sul mercato contengono generalmente acqua in concentrazione variabile. Quando la composizione granulare comprende calce viva, à ̈ preferibile usare tensioattivi contenenti la minore quantità d’acqua possibile al fine di contenere gli effetti della reazione di idratazione.

Nel caso della calce viva, i tensioattivi utilizzati comprendono preferibilmente una quantità d’acqua inferiore a 15% in peso rispetto al peso complessivo della miscela tensioattivo-acqua, più preferibilmente inferiore a 5% in peso, ancora più preferibilmente inferiore a 1% in peso.

Le composizioni granulari secondo la presente invenzione sono caratterizzate da una ridotta segregabilità e possono, quindi, essere stoccate, movimentate da un luogo a un altro oppure impiegate in un processo produttivo ovviando, almeno in parte, agli svantaggi dei materiali granulari tipicamente osservati nello stato dell’arte.

La ridotta segregabilità, ad esempio, rende le composizioni granulari secondo l’invenzione meno soggette a fenomeni di segregazione o demiscelazione, sia durante lo stoccaggio in contenitori (ad esempio, sili) sia durante la loro movimentazione (ad esempio mediante operazioni di scarico tramite scivoli oppure operazioni di alimentazione a macchine di convogliamento, come nastri trasportatori, trasportatori a vibrazione, elevatori a tazze, ecc.). Conseguentemente, i dosaggi volumetrici e gravimetrici risultano più accurati.

Grazie alla ridotta segregabilità, inoltre, una massa di una composizione granulare secondo la presente invenzione presenta caratteristiche (composizione chimica, distribuzione granulometrica, ecc.) più omogenee rispetto al medesimo materiale non trattato con il tensioattivo non-ionico. Essa può quindi essere suddivisa in una pluralità di porzioni (ad esempio, per il confezionamento oppure per l’impiego in un processo produttivo) aventi caratteristiche più omogenee fra loro.

La ridotta segregabilità, inoltre, favorisce l’uso delle composizioni granulari oggetto della presente invenzione in molteplici applicazioni con un ridotto impatto sull’ambiente e un maggiore grado di igiene degli ambienti di lavoro.

Nella composizione granulare della presente invenzione, infatti, la formazione di agglomerati dei granuli di materiale calcico comporta la riduzione della quantità relativa di granuli più fini, riducendo così l’occorrenza di emissioni diffuse o fuggitive durante la movimentazione della composizione granulare.

Vantaggiosamente, ad esempio, le composizioni granulari secondo la presente invenzione possono essere usate per stabilizzare un suolo per costruzioni infrastrutturali o edili oppure per trattare un terreno agricolo (ad esempio, come ammendanti per modificare il pH del terreno e garantire l’apporto di calcio e magnesio (cosiddetti, mesoelementi nutritivi)). A tal fine, le composizioni granulari sono distribuite sul suolo per costruzioni infrastrutturali o edili oppure sul terreno agricolo e successivamente miscelate con esso, ad esempio, tramite aratura.

Altrettanto vantaggiosamente, le suddette composizioni granulari possono essere usate per inertizzare i fanghi di depurazione, ossia i fanghi esausti derivanti da un processo di depurazione di acque reflue. Per questa applicazione, la composizione granulare à ̈ aggiunta al fango da inertizzare e miscelata con esso con i dispositivi tipicamente impiegati in questo settore.

Per l’uso nel trattamento dei suoli per costruzioni infrastrutturali o edili, dei terreni agricoli o dei fanghi di depurazione, le composizioni granulari della presente invenzione comprendono preferibilmente calce viva, eventualmente in miscela con filler di roccia carbonatica. Nel trattamento dei suoli per costruzione, le composizioni granulari comprendono preferibilmente fibre di rinforzo naturali (es. agave, canapa, iuta, cellulosa, etc.) e/o sintetiche (es. polipropilene, poliestere, poliammide, ecc.), in quanto tali fibre migliorano le caratteristiche di resistenza meccanica dei suoli trattati. Le composizioni granulari eventualmente comprendenti fibre possono essere usate anche per trattare i sedimenti marini derivanti dal dragaggio di fondali marini (cosiddetti, fanghi di dragaggio) al fine di stabilizzarne la massa per ulteriori usi (es. la costruzione di banchine navali).

In generale, le fibre utilizzate per i suddetti scopi hanno forma filiforme. Preferibilmente, la lunghezza delle fibre à ̈ compresa nell’intervallo 0,5-20 mm, più preferibilmente nell’intervallo 1-15 mm e ancora più preferibilmente nell’intervallo 2-10 mm. Preferibilmente, il diametro delle fibre à ̈ compreso nell’intervallo 0,015-0,500 mm. Preferibilmente, la densità in mucchio delle fibre à ̈ compresa nell’intervallo 0,50-0,95 g/cm<3>.

Le suddette fibre sono miscelate con il materiale calcico preventivamente trattato in accordo alla presente invenzione in una concentrazione compresa nell’intervallo 0,1-0,6% in peso di fibre rispetto al peso della composizione granulare.

Le composizioni granulari usate nel trattamento dei fanghi derivanti da un processo di depurazione di acque reflue oppure come ammendanti di un suolo agricolo comprendono preferibilmente miscele di almeno calce viva e filler di roccia carbonatica. In generale, nel caso in cui la composizione granulare comprenda una miscele di materiali calcici, come calce viva e filler di roccia carbonatica, l’impiego del tensioattivo nonionico in accordo alla presente invenzione consente di evitare fenomeni di segregazione e demiscelazione che potrebbero aversi in conseguenza delle differenze di densità fra i materiali miscelati e delle differenze dimensionali fra i loro granuli.

I seguenti esempi di realizzazione sono forniti a mero scopo illustrativo della presente invenzione e non devono essere intesi in senso limitativo dell’ambito di protezione definito dalle accluse rivendicazioni.

ESEMPIO 1

Sono stati preparati alla scala di laboratorio quattro serie di 10 campioni ciascuna di calce viva a partire da 10 differenti lotti di produzione industriale.

Le quattro serie di campioni sono costituite rispettivamente da calce viva tal quale (“Lotto A†) e calce viva trattata con un tensioattivo non-ionico secondo la presente invenzione in quantità pari a:

- 0,5% in peso rispetto al peso della calce (“Lotto B†),

- 1% in peso rispetto al peso della calce (“Lotto C†),

- 5% in peso rispetto al peso della calce (“Lotto D†).

Il tensioattivo non-ionico utilizzato à ̈ un prodotto commerciale contenente un alcol etossilato e propossilato avente una catena alchilica compresa tra 10 e 16 atomi di carbonio (C10-C16) e acqua in quantità pari a 1% in peso.

Le composizioni granulari secondo l’invenzione sono state preparate miscelando il tensioattivo e ciascuno dei 30 campioni delle serie B-D in un miscelatore planetario da laboratorio mantenuto a giri costanti per un tempo pari a 5 minuti. Nel miscelatore planetario, il tensioattivo à ̈ stato introdotto mediante nebulizzazione. I campioni di calce viva tal quale (“Lotto A†) sono stati anch’essi sottoposti a miscelazione alle stesse condizioni per uniformare eventuali effetti di comminuzione, dovuti ad attrito e abrasione, che potrebbero influire sulla distribuzione granulometrica del materiale. Per ciascuno dei 40 campioni preparati à ̈ stata determinata la distribuzione granulometrica in accordo alla norma UNI EN 12485:2011 (“Prodotti chimici utilizzati per il trattamento di acque destinate al consumo umano - Carbonato di calcio, calce grassa e dolomite semicalcinata, ossido di magnesio e carbonato di calcio e magnesio - Metodi di prova†).

Il confronto fra le distribuzioni granulometriche di ciascuna serie di campioni permette di evidenziare l’effetto del trattamento con il tensioattivo alle diverse concentrazioni sulla modificazione della distribuzione granulometrica del materiale. In Tabella 1 sono riportati i valori medi percentuali (in peso) del residuo cumulativo trattenuto dalle maglie dei setacci per ciascuna classe granulometrica (i valori riportati in tabella corrispondono ai valori medi dei rispettivi valori osservati sui 10 campioni di ciascuna serie).

TABELLA 1 – Distribuzioni granulometriche

Lotto A<1>Lotto B<2>Lotto C<3>Lotto D<4>Dimensione

setaccio Residuo Residuo Residuo Residuo

(classe [%] [%] [%] [%]

granulometrica)

32 µm 63,24 76,56 82,75 93,43 45 µm 58,46 68,67 69,30 78,48 63 µm 54,10 61,20 62,65 70,31 90 µm 49,29 56,46 58,02 64,94 200 µm 42,20 50,46 50,35 56,18 500 µm 32,88 39,43 40,88 41,73 1 mm 20,58 28,16 29,34 27,62 2 mm 5,05 6,48 7,21 8,23 4 mm 0,00 0,00 0,00 0,00

<1>Lotto A: calce viva non trattata.

<2>Lotto B: calce viva trattata con 0,5% in peso di tensioattivo.

<3>Lotto C: calce viva trattata con 1,0% in peso di tensioattivo.

<4>Lotto D: calce viva trattata con 5,0% in peso di tensioattivo.

L’incremento del valore percentuale che si osserva per il residuo cumulativo di ciascuna classe granulometrica per i Lotti B-D rispetto al “Lotto A†evidenzia che il trattamento con il tensioattivo secondo la presente invenzione modifica la distribuzione granulometrica del materiale calcico di partenza, riducendo significativamente la frazione di granuli più fini.

ESEMPIO 2

Al fine di verificare gli effetti dell’aggiunta del tensioattivo non-ionico sul comportamento chimico della calce viva trattata in accordo alla presente invenzione, la calce (non trattata) del “Lotto A†e la calce (trattata) del “Lotto D†dell’Esempio 1 sono state sottoposte alla misura di alcuni indici della reattività in acqua secondo la norma UNI EN 459-2:2010 (“Calci da costruzione - Parte 2: Metodi di prova†). Il latte di calce derivante dalle prove di reattività effettuate su detti campioni à ̈ stato altresì sottoposto alla prova di setacciatura a umido con setaccio da 32 micrometri per determinare la quantità di particelle grossolane residue come indice della bontà dello spegnimento della calce viva.

La prova di spegnimento a umido (UNI EN 459-2:2010) Ã ̈ stata effettuata sui campioni tal quali (non sottoposti a ulteriore riduzione granulometrica) aventi le distribuzioni granulometriche riportate nella precedente Tabella 1.

Nella prova di spegnimento sono stati determinati: (a) il tempo di spegnimento “t60†corrispondente al tempo che intercorre tra l’inizio della reazione di idratazione tra calce viva e acqua (a una temperatura di 20°C) in rapporto 150:600 grammi ed il momento in cui la temperatura della miscela calce/acqua (latte di calce) raggiunge 60°C;

(b) il tempo di spegnimento “tu†corrispondente al tempo che intercorre fra l’inizio della suddetta reazione di idratazione e l’80% del compimento della reazione di spegnimento della calce viva;

(c) temperatura “Tmax†corrispondente alla massima temperatura raggiunta dalla miscela calce/acqua durante lo svolgimento della prova di spegnimento a umido.

La prova di setacciatura a umido del latte di calce à ̈ stata effettuata dopo aver lasciato maturare il latte di calce per tre ore sotto agitazione secondo i parametri di velocità previsti dalla suddetta norma UNI EN 459-2:2010 per la prova di spegnimento a umido.

I risultati delle prove di reattività dei campioni di calce viva e di setacciatura a umido del latte di calce sono riportati in Tabella 2 (valori espressi come media dei 10 campioni di ciascun lotto).

TABELLA 2 – Prove di spegnimento della calce viva e setacciatura a umido del latte di calce

Indice Lotto A<1>Lotto D<2>t60[min.sec.] 5.39 5.52 tu[min.sec.] 6.23 6.58 Tmax[°C] 74,1 73,7 Residuo setacciatura

26,47 14,79

umido 32 µm [%]

<1>Lotto A: calce viva non trattata.

<2>Lotto D: calce viva trattata con 5,0% in peso di tensioattivo.

I dati della Tabella 2 mostrano che gli indici di reattività della calce viva trattata con il tensioattivo non-ionico (5% in peso) rimangono sostanzialmente invariati rispetto al materiale di partenza. La minore quantità percentuale del residuo di setacciatura a umido osservata per il “Lotto D†evidenzia una superiore efficacia della reazione di spegnimento per questo lotto. È noto, infatti, che lo spegnimento della calce viva à ̈ accompagnato da una riduzione della granulometria della calce di partenza, riduzione che à ̈ tanto più accentuata quanto più efficace à ̈ la reazione di idratazione.

ESEMPIO 3

Un lotto industriale di calce viva à ̈ stato macinato e vagliato, selezionando 36 tonnellate di calce viva avente la seguente distribuzione granulometrica:

- granuli aventi dimensioni delle particelle inferiori a 32 micrometri in quantità uguale o inferiore a 38,72% in peso,

- granuli aventi dimensioni delle particelle superiori a 2 mm sono in quantità uguale o inferiore a 6,02% in peso.

Per effettuare una prova comparativa alla scala reale, 18 tonnellate del materiale del suddetto lotto sono state stoccate tal quali (ossia, in assenza di trattamento con tensioattivi) all’interno di un silo (“Lotto E†). Le restanti 18 tonnellate, aventi inizialmente la medesima curva granulometrica del “Lotto E†, sono state miscelate con il tensioattivo non-ionico dell’Esempio 1 nebulizzato per mezzo di ugelli nebulizzatori in un miscelatore (con albero orizzontale munito di palette agitatrici). Il tensioattivo à ̈ stato dosato in una quantità pari all’1% in peso rispetto al peso della calce viva. La calce trattata (“Lotto F†) à ̈ stata quindi stoccata in un silo identico a quello usato per il primo lotto di materiale.

I sili di stoccaggio utilizzati sono costituiti da un tronco verticale di forma cilindrica e da una tramoggia di scarico di foggia tronco-conica con luce d’efflusso circolare. Detti sili hanno capacità volumetrica pari a 20 m<3>, rapporto altezza/diametro pari a 2,65, angolo di inclinazione rispetto all’orizzontale delle pareti della tramoggia di scarico pari a 60° e diametro della luce di efflusso circolare (bocca di scarico circolare) uguale a 300 mm.

Entrambi i lotti di calce viva (caricati pneumaticamente all’interno dei due sili) sono stati progressivamente estratti dai sili e convogliati a un microdosatore, operante su base gravimetrica, composto da una tramoggia polmone e da un utensile di dosaggio elicoidale intubato terminante con un becco dosatore per l’insaccamento del materiale in sacchi di carta a valvola (interna). Da ciascuno dei due sili sono stati prelevati e confezionati 600 sacchi da 25 kg ciascuno.

Per ciascuno dei due lotti, “Lotto E†e “Lotto F†, sono stati prelevati 120 sacchi campione da 25 kg cadauno. I sacchi campione sono stati prelevati durante l’insaccamento dei Lotti E ed F a intervalli regolari (un sacco ogni 125 kg di materiale insaccato). Da ognuno di questi campioni à ̈ stata prelevata, dopo quartatura, un’aliquota di materiale (di circa 0,5-1 kg) da sottoporre ad analisi granulometrica. Su ciascuna aliquota à ̈ stata quindi determinata la distribuzione granulometrica in accordo alla norma UNI EN 12485:2011.

I risultati dell’analisi granulometrica sono stati sottoposti a trattamento statistico al fine di operare la depurazione della popolazione di dati da eventuali osservazioni anomale mediante l’applicazione del test di Grubbs secondo quanto riportato nella norma UNI ISO 5725-2:2004 (“Accuratezza (esattezza e precisione) dei risultati e dei metodi di misurazione - Parte 2: Metodo base per determinare la ripetibilità e la riproducibilità di un metodo di misurazione normalizzato†). Sulla base dei dati trattati statisticamente sono stati quindi calcolati i valori medi e le relative deviazioni standard dei residui cumulativi per ogni classe granulometrica dei due lotti.

Dal confronto dei dati raccolti emerge che il “Lotto E†e il “Lotto F†presentano una differente distribuzione granulometrica ed un diverso grado di omogeneità. I due lotti presentano, quindi, un diverso livello di segregazione a seguito della movimentazione, dello stoccaggio e del successivo insaccamento.

In Tabella 3, sono riportati per ciascuno dei due lotti analizzati le classi granulometriche di interesse dal punto di vista della segregazione. I valori di deviazione standard forniscono un indice di dispersione delle misure sperimentali attorno al valore medio e sono, quindi, indicative della omogeneità dei due materiali.

TABELLA 3 – Analisi statistica delle differenti classi granulometriche

Lotto E<1>Lotto F<2>Dimensione

Residuo

setaccio Deviazione Residuo Deviazione medio

(classe Standard medio[%] Standard [%]

granulometrica)

90 µm 46,70 8,16 64,22 2,05 200 µm 40,64 7,11 56,28 1,85 500 µm 32,52 7,59 43,66 2,43 1 mm 22,13 7,32 29,94 2,48 2 mm 5,69 6,26 7,24 1,71

<1>Lotto E: calce viva non trattata.

<2>Lotto F: calce viva trattata con 1,0% in peso di tensioattivo.

I valori di deviazione standard osservati per il “Lotto F†indicano una maggiore omogeneità della distribuzione granulometrica della calce viva trattata con il tensioattivo in accordo alla presente invenzione rispetto alla calce non trattata del “Lotto E†.

ESEMPIO 4

Un lotto industriale di calce viva à ̈ stato macinato e vagliato, selezionando 36 tonnellate di calce viva avente la seguente distribuzione granulometrica:

- granuli aventi dimensioni delle particelle inferiori a 32 micrometri in quantità uguale o inferiore a 43,12% in peso,

- granuli aventi dimensioni delle particelle superiori a 2 mm sono in quantità uguale o inferiore a 4,54% in peso.

Per effettuare una prova comparativa alla scala reale, 18 tonnellate del materiale del suddetto lotto sono state miscelate con una quantità di fibre di polipropilene (diametro medio pari a 0,034 mm e lunghezza media pari a 12 mm) pari a 0,6% in peso rispetto al peso della calce e quindi stoccate all’interno di un silo (“Lotto G†).

Le restanti 18 tonnellate sono state miscelate con il tensioattivo non-ionico dell’Esempio 1 in un miscelatore del tipo descritto nell’Esempio 3. Il tensioattivo à ̈ stato dosato in una quantità pari al 5% in peso rispetto al peso della calce viva, secondo le stesse modalità descritte nell’Esempio 3. La calce trattata à ̈ stata quindi miscelata con la medesima quantità di fibre di polipropilene (“Lotto H†) usate per il “Lotto G†.

Per entrambi i lotti, la miscelazione della calce con le fibre à ̈ stata effettuata in un reattore di miscelazione dotato di un sistema di dosaggio pneumatico delle fibre. La dispersione delle fibre in un flusso gassoso riduce la formazione di grumi di fibre e rende il dosaggio più uniforme.

La composizione granulare comprendente le fibre di polipropilene e la calce trattata con il tensioattivo non-ionico (“Lotto H†) à ̈ stata quindi stoccata in un silo identico a quello usato per il “Lotto G†. I sili di stoccaggio usati per il “Lotto G†e il “Lotto H†hanno le caratteristiche descritte per i sili del “Lotto E†e del “Lotto F†dell’Esempio 3.

I due lotti di materiale sono stati insaccati, prelevando, ad intervalli regolari, campioni del materiale in uscita da ciascun silo con le stesse modalità descritte nell’Esempio 3. Sui campioni prelevati sono state poi eseguite le determinazioni della curve granulometriche, sottoponendo i risultati ottenuti al trattamento statistico dei dati secondo le modalità illustrate nell’Esempio 3.

Dal confronto dei dati raccolti emerge che il “Lotto G†e il “Lotto H†presentano una differente distribuzione granulometrica ed un diverso grado di omogeneità. I due lotti, cioà ̈, presentano un diverso livello di segregazione. Nel presente caso, l’entità della segregazione riflette sia l’intrinseca difficoltà di dispersione e miscelazione delle fibre nella massa di calce viva sia gli effetti generati dalla movimentazione, dallo stoccaggio e dal successivo insaccamento.

In Tabella 4, sono riportati per ciascuno dei due lotti analizzati i valori medi della quantità di fibre misurate sui vari campioni e le relative deviazioni standard. I valori di deviazione standard forniscono un indice di dispersione delle misure sperimentali attorno al valore medio e sono, quindi, indicativi della omogeneità dei due materiali e del livello di segregazione delle fibre in essi dispersi.

TABELLA 4 – Analisi statistica della presenza di fibre

Lotto G<1>Lotto H<2>Dimensione Quantità Deviazione Quantità Deviazione setaccio di fibre Standard di fibre Standard

(classe [%] [%]

granulometrica)

200 µm 0,51 12,18 0,57 4,69

<1>Lotto G: calce viva non trattata.

<2>Lotto H: calce viva trattata con 5,0% in peso di tensioattivo.

I valori di deviazione standard inferiori osservati per il “Lotto H†indicano che la miscela contenente la calce viva trattata secondo la presente invenzione ha una composizione più omogenea rispetto alla miscela contenente la medesima calce viva non trattata.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Composizione granulare a ridotta segregabilità comprendente: - almeno un materiale in forma di granuli scelto fra calce viva, roccia carbonatica e loro miscele, - almeno un tensioattivo non-ionico, ed in cui almeno una parte di detti granuli à ̈ in forma agglomerata per effetto di detto tensioattivo non-ionico.
2. 2. Composizione granulare secondo la rivendicazione precedente in cui detto materiale in forma di granuli ha una distribuzione granulometrica, prima della miscelazione con detto tensioattivo, in cui i granuli aventi dimensioni inferiori a 32 micrometri sono in quantità uguale o inferiore a 45% in peso rispetto al peso della composizione granulare, preferibilmente in quantità uguale o inferiore a 30% in peso, più preferibilmente in quantità uguale o inferiore a 15% in peso.
3. 3. Composizione granulare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti in cui detto materiale in forma di granuli ha una distribuzione granulometrica, prima della miscelazione con detto tensioattivo, in cui i granuli aventi dimensioni superiori a 3 mm sono in quantità uguale o inferiore a 10% in peso rispetto al peso della composizione granulare, preferibilmente in quantità uguale o inferiore a 5% in peso.
4. 4. Composizione granulare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto tensioattivo non-ionico à ̈ scelto fra alcool etossilati e/o propossilati, alchil-fenoli etossilati e/o propossilati, acidi grassi etossilati e/o propossilati, copolimeri di ossido di etilene (EO) e ossido di propilene (PO), e loro miscele.
5. 5. Composizione granulare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto tensioattivo non-ionico à ̈ scelto fra gli alcool etossilati e/o propossilati, preferibilmente lineari, aventi un numero complessivo di atomi di carbonio compreso fra 4 e 30 atomi, preferibilmente fra 8 e 18 atomi di carbonio, più preferibilmente fra 10 e 16 atomi di carbonio.
6. 6. Composizione granulare secondo la rivendicazione precedente, in cui detti alcool etossilati e/o propossilati hanno un numero medio di moli di ossido di etilene (EO) per mole di alcool nell’intervallo 1-30, preferibilmente nell’intervallo 2-14, più preferibilmente nell’intervallo 2-10.
7. 7. Composizione granulare secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui detti alcool etossilati e/o propossilati hanno un numero medio di moli di ossido di propilene (PO) per mole di alcool nell’intervallo 1-15, preferibilmente nell’intervallo 2-10, più preferibilmente nell’intervallo 3-8.
8. 8. Composizione granulare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto tensioattivo à ̈ presente in una quantità compresa nell’intervallo 0,1-10,0% in peso rispetto al peso di detto materiale in forma di granuli, preferibilmente nell’intervallo 0,2-5,0% in peso, ancora più preferibilmente nell’intervallo 0,3-2,5% in peso.
9. 9. Composizione granulare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti comprendente fibre rinforzanti naturali o sintetiche.
10. 10. Procedimento per preparare una composizione granulare a ridotta segregabilità secondo la rivendicazione 1 comprendente almeno la fase di miscelare: - almeno un materiale in forma di granuli scelto fra calce viva, roccia carbonatica e loro miscele, - almeno un tensioattivo non-ionico, ottenendo una composizione granulare in cui almeno una parte di detti granuli à ̈ in forma agglomerata per effetto di detto tensioattivo non-ionico.
11. 11. Uso di almeno un tensioattivo non-ionico per ridurre la segregabilità di una composizione granulare comprendente almeno un materiale in forma di granuli scelto fra calce viva, roccia carbonatica e loro miscele.
12. 12. Uso di una composizione granulare secondo la rivendicazione 1 per stabilizzare un suolo per costruzioni infrastrutturali.
13. 13. Uso di una composizione granulare secondo la rivendicazione 1 per trattare un sedimento di dragaggio di un fondale marino.
14. 14. Uso di una composizione granulare secondo la rivendicazione 1 come ammendante per un terreno agricolo.
15. 15. Uso di una composizione granulare secondo la rivendicazione 1 per trattare un fango derivante da un processo di depurazione di acque reflue.