ITMI971255A1 - Procedimento e dispositivo di riciclaggio di scarti in una produzione di fibre minerali - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"PROCEDIMENTO E DISPOSITIVO DI RICICLAGGIO DI SCARTI IN UNA PRODUZIONE DI FIBRE MINERALI"

DESCRIZIONE

L'invenzione si riferisce alle tecniche di fabbricazione di fibre minerali e, più precisamente, al riciclaggio di scarti negli impianti di fabbricazione.

Nella vita industriale moderna, la preoccupazione ecologica e quella della protezione dell'ambiente incitano a ricercare con tutti i mezzi di riciclare gli scarti o rifiuti di qualsiasi natura. Ciascuna industria cerca così di riciclare i propri scarti ma anche, in modo generale, tutti gli scarti, qualunque he sia l'origine.

L'industria delle fibre minerali, in particolare quella delle lane principalmente destinate all'isolamento, lana di vetro o lana di roccia, produce scarti nelle diverse fasi di fabbricazione. E' importante poter riciclare questi scarti con un'operazione che si può chiamare "autoriciclaggio". Ma, d'altra parte, può essere utile riciclare anche scarti di altre origini e anche alcuni che non contengono affatto fibre minerali. Si tratta allora di ciò che si può chiamare "eteroriciclaggio".

Industrialmente, i materassi di lane destinate principalmente all'isolazione sono ottenuti mediante un procedimento in due fasi, produzione delle fibre propriamente dette per tiratura e indurimento di un materiale vetroso in fusione, in un primo tempo, e poi associazione di un grandissimo numero di fibre che sono riunite per costituire un materasso. Fra le due fasi, le fibre di vetro o di roccia sono bagnate con un legante che sarà polimerizzato al termine della seconda fase. Una volta finito il materasso, resta da finire l'elaborazione per costituire un prodotto pronto per l'impiego. In particolare, si devono tagliare i bordi longitudinali del nastro affinché siano ben netti. Questa operazione produce un residuo, i bordi del materasso, che si desidera riutilizzare. Ugualmente, alcuni cascami risultanti dall'utilizzo ulteriore dei pannelli o dei rulli costituiscono dei sottoprodotti che è interessante poter riciclare. Si tratta, per esempio, di pannelli con rivestimenti diversi, velo di vetro, carta Kraft, film di plastica, ecc. Questi pannelli non sono stati giudicati conformi alla qqalità richiesta e sono stati rifiutati al controllo al termine della linea o anche sono stati resi da un cliente insoddisfatto.

Esistono diverse tecniche per riciclare gli scarti di origini diverse durante la fabbricazione di lane minerali. Esse si distinguono per il momento della fabbricazione in cui sono introdotti gli scarti.

I procedimenti di fabbricazione di lane minerali si raggruppano in due famiglie, la produzione di lana di vetro e la produzione di lana detta "di roccia". Nel primo procedimento, le materie prime che costituiscono una composizione vetraria, essenzialmente una miscela di ossidi, sono riscaldate in un forno in condizioni ben controllate e quindi il materiale vetroso in fusione è diretto su una macchina a centrifugazione, per esempio quella descritta nel brevetto EP-B-0 091 866 in cui si generano le fibre unitarie. L'elaborazione del materiale vetroso in fusione destinato alla produzione di lana di roccia ha luogo in generale in modo del tutto differente. Le materie prime (rocce diverse come il basalto o scorie di altifomi) sono introdotte simultaneamente con un combustibile (carbone) dall'alto di un cubilotto. Nella discesa, esse fondono e si omogeneizzano. In basso si raccoglie il materiale vetroso in fusione. Esso è condotto ad una macchina di fibraggio come la macchina detta "a centrifugazione esterna" come quella descritta nella domanda di brevetto EP-A-0 059 152. Questa macchina genera anche fibre minerali unitarie.

Il metodo più utilizzato per reintrodurre scarti è messo in atto nel momento in cui le fibre unitarie sono raccolte per essere associate grazie ad una resina e costituire un materasso. Nel secondo procedimento citato sopra, che utilizza in generale una sola sorgente di fibre, i cascami hanno la forma di fiocchi e sono iniettati nella cappa di ricezione, i fiocchi sono aspirati contemporaneamente alle fibre nuove sul trasportatore, che è un nastro forato in cui si forma il primo materasso. Nell'altro procedimento che utilizza, in serie, più unità di produzione di fibre, si sono impiegate due tecniche, o l'introduzione dei cascami in forma di fiocchi al di sopra del trasportatore, fra due teste di produzione di fibre, o - secondo la tecnica descritta nel brevetto FR 2 559 793 - direttamente in una o in più cappe di ricezione.

La quantità di materiali da riciclare, che è possibile reintrodurre nelle cappe di ricezione di una linea di produzione di lana minerale, è variabile; essa dipende, in particolare, dalle masse volumiche rispettive del prodotto fabbricato e del prodotto da riciclare. Essa dipende anche dal mercato a cui è destinato il prodotto in corso di fabbricazione. Comunque sia, le quantità che si possono introdurre sono troppo piccole per assorbire tutti gli scarti che si desidererebbe poter riciclare, anche soltanto quelli a base di fibre minerali.

Un'altra tecnica utilizzata per il riciclaggio degli scarti consiste nel reintrodurli fra le materie prime. Le tecniche sono diverse secondo che si tratti di un forno per vetro (lana di vetro) o di un cubilotto (lana di roccia). Nel primo caso, gli scarti sono introdotti tali e quali fra le materie prime. Il forno è generalmente un forno elettrico la cui superficie è interamente coperta dalle materie prime polverulente. La domanda di brevetto FR 2 199 856 propone, fra l'altro, di compensare l'effetto riduttore dovuto alla combustione delle materie organiche mediante l'aggiunta di solfati o di nitrati. In effetti è noto che l'aggiunta di lane minerali con il loro legante ad un bagno di materiali vetrosi in fusione disturba in modo importante l'elaborazione del vetro. Si producono schiume, croste, che sono molto nocive e perturbano il fibraggio.

Nel brevetto US-A-4 422 862, si propone di depositare gli scarti di vetro sulla superficie delle materie prime in modo che i gas del forno provochino la combustione dei leganti. Questa tecnica ingegnosa non è molto sicura poiché la copertura di materie prime polverulente non è uniforme e dove è sottile, o, a maggior ragione, dove manca, gli scarti cadono immediatamente nel forno con gli inconvenienti citati: si constata una perturbazione incontrollabile della delicata chimica che si produce durante l’elaborazione del vetro. D'altra parte, quando la copertura di materie prime è spessa, essa isola fortemente gli scarti che vi si depositano e la combustione dei leganti non è garantita.

Nei cubilotti utilizzati per produrre il materiale vetroso fuso destinato alla produzione di lane di roccia, è abituale introdurre materie prime polverulente agglomerandole inizialmente sotto forma di mattoncini. Questa tecnica è anche utilizzata per riciclare scarti polverulenti recuperati nei fumi che escono dal cubilotto e si utilizza anche per riciclare scarti a base di fibre minerali. La fabbricazione di mattoncini è una tecnica molto costosa e si cerca di limitarne l'uso ai casi in cui è la sola tecnica disponibile. Sarebbe interessante disporre di una tecnica che permetta un riciclaggio diretto degli scarti senza aver bisogno di ricorrere ad un'operazione intermedia supplementare come la fabbricazione di mattoncini.

Esiste un'ultima tecnica di riciclaggio degli scarti fibrosi che è correlata alla reintroduzione a livello delle materie prime, si tratta della tecnica detta OXYMELT. Essa consiste nell'utilizzare i residui a base di fibre minerali per fame un vetro che sarà unito alle materie prime come se si trattasse di rottame ordinario. Si fanno bruciare in ossigeno il legante e gli altri residui organici degli scarti, poi si fanno fondere i materiali fibrosi con l'aiuto di un bruciatore. Dopo raffreddamento, il vetro ottenuto può essere unito alle altre materie prime e riciclato. Il bilancio energetico di quest'operazione non è favorevole poiché si ottiene soltanto vetro freddo che occorrerà rifondere.

Esiste anche, nella fabbricazione della lana di roccia a partire da un cubilotto un metodo di riciclaggio degli scarti nel corso dell'elaborazione del vetro. Si tratta della reintroduzione di scarti in un bruciatore alla base del cubilotto. A questo livello si introduce il gas comburente che va a. combinarsi con il carbonio fornendo il calore che farà fondere le rocce. La domanda di brevetto EP-A-0 611 212 descrive un tale metodo in cui gli scarti ridotti in polvere sono introdotti mediante semplice gravità in un condotto che collega la "scatola dei venti" del cubilotto e l'intemo di esso. Questo metodo molto efficace richiede tuttavia una preparazione degli scarti poiché essi devono essere ridotti in frammenti molto piccoli per essere trascinati facilmente in canali di sezione ridotta.

L'invenzione ha lo scopo di sostituire, ai metodi precedenti di riciclaggio degli scarti, una tecnica più semplice, più economica e che permetta il riciclaggio di quantità importanti di scarti.

L’invenzione propone un procedimento per il riciclaggio di scarti in un impianto di produzione di lana minerale ottenuta mediante una tecnica di fibraggio di un materiale vetroso fuso in un impianto che comporta almeno un canale di distribuzione di detto materiale vetroso in cui gli scarti sono costituiti di materiali volatili o combustibili o a temperatura di fusione al massimo uguale a quella della lana minerale, in cui essi costituiscono frammenti e/o essi sono introdotti nel canale di distribuzione.

Il procedimento dell'invenzione fornisce, ovunque esista un percorso del materiale vetroso fuso fra il suo luogo di elaborazione (forno o cubilotto) e la macchina di fibraggio, una soluzione elegante al problema del riciclaggio degli scarti e specialmente di quelli a base di lane minerali.

Preferibilmente l’introduzione nel canale si effettua in una zona in cui la temperatura del materiale vetroso è di almeno 1000°C.

Ugualmente, i frammenti di scarti hanno dimensioni al massimo di 10 cm e vantaggiosamente la proporzione ponderale degli scarti riciclati è dell'ordine del 4%.

Si vede che le condizioni di realizzazione dell'invenzione sono molto vantaggiose e facili da realizzare.

L'invenzione propone anche un dispositivo per la messa in opera del procedimento dell'invenzione, che comporta una cappa installata nella parte a monte del canale, cappa che è attrezzata con un sistema di alimentazione separatore di pressione.

In una variante, il sistema di alimentazione utilizza gli scarti stessi per separare le pressioni e, in un altro, comporta una camera, in particolare dotata di registri o serrande.

Vantaggiosamente il dispositivo dell'invenzione comporta un camino installato sul canale.

Si vede che gli elementi del dispositivo sono particolarmente semplici, poco costosi e facili da mettere in opera.

L'unica figura e la descrizione permetteranno di comprendere il funzionamento dell'invenzione e di afferrarne tutti i vantaggi.

La figura mostra schematicamente l'avancorpo di un forno per vetreria destinato, in particolare, alla fabbricazione di fibre minerali.

Nella presente descrizione si parla di forno che fa parte di un impianto di produzione di lana minerale ottenuta con una tecnica di fibraggio di una materia prima fusa, in effetti, un tale impianto produce immediatamente, nella fabbricazione dei materassi o, più tardi, nella loro messa in opera, degli scarti che comportano fibre minerali da riciclare, ma un forno per vetreria con un avancorpo destinato per esempio alla fabbricazione di bottiglie potrebbe ugualmente essere attrezzato con il dispositivo dell'invenzione per realizzare il procedimento.

L'avancorpo 1 della figura, che si chiama anche canale di distribuzione o "feeder", è destinato a condurre il materiale vetroso fuso 2 dal forno 3, in cui si fondono le materie prime e si elabora il vetro, fino alle macchine di formatura, come le macchine di fibraggio in cui si costituisce il prodotto finito, in particolare il materasso di fibre.

Nel canale di distribuzione, la temperatura del materiale vetroso fuso non è uguale dappertutto. Nella produzione di lana di vetro, in testa al canale, la temperatura è superiore a 1.200°C e, a valle, essa in generale si è abbassata di circa 200°C. Per mantenere queste temperature, secondo gli impianti e le tirate, può essere necessario apportare energia termica, eventualmente mediante fiamme, ma in generale per effetto Joule grazie ad elettrodi immersi nel vetro fuso.

Per procedere alle prove di riciclaggio di scarti, si è modificato il canale di distribuzione. A monte, vicino all'uscita dal forno, si è creata nella volta del canale al di sopra della superficie 11 del vetro fuso 2, un'apertura 4 di 50cm per 50cm. In un primo tempo, questa apertura si prolungava semplicemente con un condotto verticale 5 in mattoni refrattari che restava aperto e costituiva una sorta di cappa.

Passando attraverso il condotto 5 si sono introdotti gli scarti, principalmente scarti di fibre minerali, in diverse condizioni.

In primo luogo si è iniziato introducendo frammenti presi a materassi di lana di vetro del tipo TELSTAR, un prodotto ISOVER SAINT-GOBAIN. Questi frammenti avevano, al massimo, la loro dimensione maggiore dell'ordine di 10 cm. La prima prova per fare entrare i frammenti nel canale passando dal condotto 5 è fallita: una forte corrente ascendente di gas caldi impediva la discesa dei frammenti.

Nel corso della seconda prova, i frammenti, identici ai precedenti, sono stati bagnati con acqua prima di essere introdotti attraverso l'apertura 4. Questa volta i frammenti appesantiti non sono stati respinti. Osservando il loro comportamento da finestre di osservazione realizzati nelle pareti del canale, si è constatato che, avvicinandosi al bagno di vetro, i frammenti si infiammavano, galleggiavano sul bagno continuando ad ardere, quindi, progressivamente, sparivano diluendosi nel vetro in fusione. Nonostante questo apporto di materiale estraneo, il fibraggio del vetro con la tecnica TEL (identica a quella del brevetto EP-B-0 091 866) è avvenuto naturalmente senza alcuna perturbazione.

Una seconda prova ha avuto luogo dopo modifica del dispositivo di infomaggio. Si è realizzata una camera all'entrata della cappa per costituire un sistema di alimentazione separatore di pressione. La camera 6 è installata nel condotto 5, è limitata dalle pareti di esso e da due registri o serrande 7, 8 sovrapposti che possono chiudere l'apertura. Il principio del dispositivo era di aver sempre uno dei registri 7, 8 chiuso. Si introducono dunque carichi di scarti 9 in modo discontinuo.

Le operazioni si svolgono nel modo seguente: il registro inferiore 7 essendo chiuso, si introducono al di sopra dei frammenti di scarti per costituire una carica 9. Si chiude allora il registro superiore 8 e si evacua il carico grazie all'apertura del registro inferiore 7.

Grazie a questo dispositivo, le correnti ascendenti di gas sono eliminate e diventa possibile introdurre tutti gli scarti qualunque ne sia la massa volumica.

Il dispositivo precedente ha permesso di introdurre scarti di qualsiasi tipo e così di procedere a prove sistematiche. Si è constatato:

. che è possibile "digerire" scarti di nature molto diverse,

. che gli scarti secchi o umidi sono assorbiti allo stesso modo,

. che si possono integrare quantità importanti senza perturbare la parte a valle della linea, vale a dire senza che lo si noti a livello del fibraggio. In particolare, qui non esistono i problemi di ossidoriduzione che si constatavano quando si introducevano gli scarti nel bagno di vetro a livello del forno.

Alla fine delle prove, si sono apportate due modifiche all'impianto. Da una parte, si è installato un camino e, d'altra parte, un gorgogliatore.

Il camino, schematizzato in 10 sulla figura, ha la funzione di evacuare i gas prodotti dal riscaldamento e/o dalla combustione delle materie organiche contenute negli scarti e in particolare i leganti o gli appretti delle fibre minerali. Il camino, realizzato in modo classico, in mattoni refrattari, porta ad un impianto di trattamento dei fumi. Questi sono poi liberati in atmosfera quando sono inoffensivi.

L'altro accessorio installato sul canale di distribuzione si è rivelato utile quando si trattano scarti umidi. In effetti si è constatato che essi discendono più velocemente nel bagno di vetro e, cosi, modificano la corrente di vetro fuso. Raccogliendo il vetro in massa all'estremità del canale, si è constatato che, invece di essere ben omogeneo, quando si alimenta con scarti umidi il vetro è striato: esso presenta zone con indice di rifrazione diverso. Queste eterogeneità possono condurre a dispersioni nella qualità delle fibre di vetro unitarie che costituiscono il materasso. Si è potuto ristabilire l'omogeneità del bagno di vetro utilizzando un gorgogliatore (non rappresentato sulla figura). Si tratta di un tubo in metallo refrattario, per esempio in platino, che si immerge nel bagno di vetro dall'alto in basso e attraverso il quale si insuffla del gas. il gorgogliatore produce movimenti nella massa del vetro liquido, che la omogenizzano.

Nel caso degli scarti di lana minerali, l'utilizzo del gorgogliatore si impone in generale solo se gli scarti sono bagnati.

Si è utilizzato un altro sistema per l'introduzione degli scarti, diverso dalla camera della figura con le sue due serrande 7 e 8. Si trattava di una vite di Archimede con asse orizzontale. Questo dispositivo è uno di quelli del documento EP-A-0 611 212. Questo documento presenta tecniche in cui sono i prodotti stessi da introdurre che separano le pressioni, vale a dire sono essi che, in massa compatta, costituiscono un tappo che supporta la differenza di pressione fra i due mezzi a monte e a valle. La vite di Archimede con il suo asse sensibilmente orizzontale è ben applicabile per scarti fibrosi. L'utilizzo del dispositivo verticale con vibratore descritto anche in EP-A-0 611 212 è più critico a causa della scarsa densità dei frammenti da introdurre.

Il dispositivo delj'invenzione ora descritto, con le sue diverse varianti, è stato utilizzato per determinare i limiti del procedimento dell'invenzione.

Inizialmente si è variata la natura dei prodotti riciclati, essenzialmente lana di vetro, lana di roccia, entrambe ottenute per centrifugazione, o velo di vetro le cui fibre escono da filiere e che è anch'esso strutturato mediante un legante. Tutti questi prodotti sono facilmente riciclabili con il procedimento dell'invenzione.

Si è poi aumentata la quantità di scarti fibrosi introdotti (autoriciclaggio). Si è potuto raggiungere e anche superare per lunghe durate (più ore) tassi del 4%, vale a dire che su un canale che trasportava quantità di vetro fuso comprese fra 80 e 85 tonnellate al giorno, si sono introdotti tassi di scarti di lana di vetro di 140 kg/ora e ciò in permanenza. Non si è constatata alcuna perturbazione nella qualità della lana di vetro ottenuta. Durante queste prove, gli scarti erano frammenti presi a materassi di lana di vetro TELSTAR. La loro composizione era 93% in vetro e 7% di legante organico.

II limite del procedimento è dovuto alla quantità di vetro da "digerire". Vale a dire che, anche se gli scarti, per esempio, sono bagnati, il limite è quello del tasso di vetro da integrare al vetro di fusione. L'acqua contenuta nel prodotto non ha alcun ruolo nel limite.

L'impianto descritto più sopra ha permesso di fare bilanci energetici. Questi sono interessanti per poter regolare, in funzione della natura degli scarti introdotti, gli apporti di calore nell'avancorpo per avere sempre in uscita un vetro alla stessa temperatura.

I materiali organici, essenzialmente il legante, contenuti negli scarti di lana minerale forniscono, nella loro combustione, delle calorie al mezzo. In compenso, occorre energia per fondere il vetro delle fibre e portarlo alla temperatura del vetro in fusione nell'avancorpo. D'altra parte l'acqua dev'essere riscaldata e poi vaporizzata. I calcoli e la loro verifica durante le prove hanno mostrato che il bilancio è neutro per la lana di vetro secca: né apporto né consumo di energia; è positivo per il velo di vetro che fornisce più energia di quanta ne consumi (800 kWh/t di scarti) ma in compenso la lana di vetro umida consuma energia (dell'ordine di 100 kWh per tonnellata di scarti).

II bilancio economico della reintroduzione degli scarti di lana di roccia o di velo di vetro nel canale di distribuzione è molto interessante quando lo si confronta con altre tecniche. Si è visto qui che il bilancio energetico è o neutro o molto fortemente positivo o, eventualmente, leggermente negativo. Gli altri costi sono o identici a quelli degli altri metodi (frantumazione e manipolazione) o inesistenti.

Solo il metodo della reintroduzione nella ricezione delle fibre unitarie presenta un bilancio comparabile. Il metodo di reintroduzione nelle materie prime richiede, si è visto, di compensare l'apporto di riduttore (legante) mediante un ossidante come un solfato o un nitrato, ciò che non è gratuito.

Con i cubilotti, la fabbricazione dei mattoncini è un'operazione costosa che spesso è fatta altrove rispetto al luogo di produzione.

La tecnica OXYMELT fornisce come prodotto un vetro freddo e per riscaldarlo e fonderlo occorrerà spendere calore.

La descrizione che precede è stata fatta con riferimento ad un forno per vetreria con un avancorpo che porta macchine di fibraggio come quelle del procedimento TEL descritto in particolare nel brevetto EP-B-0 091 866, ma tutto quello che è stato detto si applica anche ad altre tecniche di fabbricazione di lane minerali, come per esempio quelle che utilizzano un cubilotto e la centrifugazione esterna di lana di roccia come descritta in particolare nel brevetto EP-B-0 059 152 nella misura semplicemente in cui il vetro in fusione transita in un canale prima di arrivare alla macchina di fibraggio. Un tale canale è descritto, per esempio, nella domanda di brevetto FR 2 572 390.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il riciclaggio di scarti in un impianto di produzione di lana minerale ottenuta con una tecnica di fibraggio di un materiale vetroso fuso in un impianto che presenta almeno un canale di distribuzione di detto materiale vetroso, caratterizzato dal fatto che gli scarti sono costituiti di materie volatili o combustibili o a temperatura di fusione al massimo uguale a quella della lana minerale, e dal fatto che essi costituiscono frammenti e dal fatto che essi sono introdotti nel canale di distribuzione.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che gli scarti sono a base di lana minerale.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che l'introduzione nel canale si effettua in una zona in cui la temperatura del materiale vetroso è di almeno 1000°C.
4. 4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i frammenti di scarti hanno dimensioni al massimo di 10 cm.
5. 5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la proporzione ponderale degli scarti riciclati e dell'ordine del 4%.
6. 6. Dispositivo per la realizzazione del procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comporta una cappa installata nella parte a monte del canale e dai fato che essa è atrezzata con un sistema di alimentazione separatore di pressione.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che comporta un camino installato sul canale.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 o la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che il sistema di alimentazione comporta una camera, in particolare attrezzata con serrande.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 o la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il sistema di alimentazione utilizza gli scarti stessi per separare le pressioni.
10. 10. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 6 a 9 caratterizzato dal fatto che è dotato di almeno un gorgogliatore.