ITMO20100190A1 - Miscela di calcestruzzo comprendente cemento-amianto inertizzato termicamente - Google Patents
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Description
Miscela di calcestruzzo comprendente cemento-amianto inertizzato termicamente.
L’invenzione riguarda una miscela di calcestruzzo comprendente cemento-amianto inertizzato termicamente.
Con il termine commerciale di amianto si identificano minerali appartenenti alla famiglia degli asbesti, silicati che si presentano sotto forma di aggregati fibrosoasbestiformi. Per la normativa italiana sotto la definizione di amianto sono compresi i seguenti minerali: crisotilo (amianto di serpentino), tremolite, actinolite, antofillite, amosite e crocidolite (amianti di anfibolo). La forma cristallina fibroso-asbestiforme che determina le eccezionali proprietà tecnologiche degli amianti, à ̈ purtroppo anche la causa della loro provata tossicità . Le fibre di estrema finezza (sono nanometriche nel diametro e micrometriche in lunghezza) si possono presentare sia libere/debolmente legate, che fortemente legate. Nel primo caso si parla di amianto in matrice friabile, ad esempio l'amianto spruzzato o in fiocchi (fioccato) nel secondo, invece, di amianto in matrice compatta, di cui il cemento-amianto (eternit secondo una definizione commerciale) à ̈ il più famoso rappresentante. Attività antropiche, lo smog, le piogge acide, le escursioni termiche, i raggi U.V., l’azione eolica, le vibrazioni, da soli o in sinergia, determinano fenomeni di erosione della matrice inglobante che favoriscono il rilascio delle fibre di amianto. Se disperse nell’aria, le fibre possono essere inalate ed eventualmente raggiungere i polmoni dove, con tempi di incubazione anche molto lunghi, possono scatenare patologie quasi sempre mortali. E' oggi infatti scientificamente provato che l’inalazione delle fibre di amianto può causare gravi danni all'apparato respiratorio e sviluppare l’asbestosi, il mesotelioma o il carcinoma polmonare. Non esiste allo stato attuale uno studio scientifico che individui il limite minimo di esposizione alle fibre necessario per cagionare una malattia amiantocorrelata. Questo vuol dire che, almeno in linea teorica, può essere estremamente pericoloso anche l’inalazione di poche fibre (esposizione ambientale).
Per queste ragioni, l'estrazione, l'importazione, l'esportazione, la commercializzazione e la produzione di amianto, prodotti di amianto o contenenti amianto sono state vietate per legge in molti paesi, ad esempio in Italia fin dal 1992. Nonostante i materiali contenenti amianto siano stati banditi, in Italia, da 18 anni, a tutt'oggi sul territorio nazionale sono presenti circa 2 miliardi di m<2>di coperture in cemento amianto, 300 milioni di m<2>di amianto in matrice friabile e circa 150 milioni di m<2>di prodotti di vario tipo quali giunti, ferodi e frizioni.
Per far fronte a questa vera e propria emergenza, la messa in sicurezza dei siti con manufatti contenenti amianto degradati à ̈ divenuta obbligo di legge. Il metodo di bonifica delle coperture più praticato à ̈ la rimozione delle lastre, accompagnata da dismissione in discarica controllata per rifiuti pericolosi o non pericolosi con cella dedicata. In Italia, le discariche che possono recepire questo tipo di rifiuti sono pochissime ed enti pubblici, o privati, incontrano forti resistenze all’apertura di nuove discariche. Questo perché esiste la prova scientifica che la discarica per rifiuti contenenti amianto non à ̈ un sistema completamente chiuso, o per lo meno, che à ̈ chiuso solo nel medio termine (1-10 anni). Se si considera che le fasi dell’amianto a temperatura ambiente possono persistere per lunghissimo tempo questo può risultare un grave problema. Nel breve termine, le discariche si rivelano essere possibili sorgenti di emissione in quanto, all’atto della dismissione, i pacchi di lastre di materiali contenenti amianto eventualmente danneggiati e frantumati possono rilasciare fibre che si concentrano nell’aria. Nel lungo termine (oltre i 10 anni), il problema rimane. Si ritiene che in una discarica, nel lungo periodo, non vi sia nessun sistema di rivestimento, per quanto perfettamente progettato e costruito, che possa impedire ogni perdita per filtrazione. Fattori che determinano la formazione di discontinuità aperte che possono lasciar passare un lisciviato inalterato per svariati Km sono la fessurazione per essiccamento o i cedimenti differenziali. Nel lisciviato possono essere presenti particelle sospese anche in grandi quantità . Se queste particelle non sono filtrate, entrano nella zona freatica del terreno, si mischiano e si muovono con la falda acquifera. Poiché l’amianto à ̈ virtualmente indistruttibile a temperatura ambiente, si può concentrare nel percolato e, se non filtrato, può raggiungere la falda. E’ stata infatti accertata, da analisi effettuate sui percolati di discariche nelle quali sono stati conferiti contenenti amianto, la presenza di un numero notevole di fibre di amianto in detto percolati. Questa situazione à ̈ imputabile al decadimento strutturale degli imballaggi che contengono i rifiuti, causato dall’usura nel tempo e dalle condizioni di degrado che si instaurano nel corpo della discarica a seguito dell’interramento. L’amianto nell’acqua di per sé à ̈ innocuo ma, a seguito di evaporazione, si può concentrare nel terreno superficiale e, ad opera degli agenti atmosferici (principalmente il vento), può ritornare a disperdersi nell’aria.
Le moderne tecnologie concedono oggi una soluzione definitiva, alternativa all’interramento in discarica. Infatti, à ̈ provato che attraverso un trattamento termico, meccanico o chimico à ̈ possibile trasformare e distruggere le fibre di amianto. La trasformazione termica (distruzione completa del reticolo cristallino) si realizza mediante azione del calore che consente di trasformare l’amianto fibroso-asbestiforme in altri silicati non fibrosi ed innocui per la salute dell’uomo.
Le trasformazioni principali che avvengono ad alta temperatura nei materiali contenenti amianto si possono classificare in deossidrilazioni e ricristallizzazioni allo stato solido. Il trattamento termico del crisotilo, componente principale del cemento-amianto, mostra che a circa 800 °C inizia una trasformazione allo stato solido che porta alla ricristallizzazione completa in fasi silicatiche magnesiache (forsterite ed enstatite):
Mg3(OH)4Si2O5⇒ Mg2SiO4(forsterite) MgSiO3(enstatite)
2H2O
Grazie a questa trasformazione, il crisotilo non esiste più come entità mineralogica. Il materiale trasformato perde le proprie caratteristiche chimico-fisiche originali e di conseguenza non à ̈ più pericoloso.
In aggiunta al crisotilo, l’amianto di anfibolo crocidolite può essere presente come fase secondaria nel cemento-amianto. Questo pericoloso minerale se trattato termicamente a temperature superiori a 1050 °C mostra dopo la deossidrilazione, una sequenza di cristallizzazione complessa, con ossidazione del ferro bivalente:
Na2MgFe’’2Fe’’’2Si8O22(OH)2⇒ 2NaFe’’’Si2O6(pirosseno alcalino) MgSiO3(enstatite) Fe2O3(ematite) 3SiO2(cristobalite) H2O
La letteratura specifica mostra chiaramente che l’amianto tal quale o presente in materiali compatti (fibrocemento), se debitamente riscaldato, modifica il sistema cristallino e perde l’abito fibroso-asbestiforme trasformandosi in altri silicati non fibrosi ed inerti.
La trasformazione termica (ricristallizzazione) del minerale fibroso porta quindi all’eliminazione definitiva della potenziale pericolosità di questi materiali. Recentemente à ̈ stato consentito l’uso della materia prima secondaria derivante dalla trasformazione termica dell’amianto. Ciò apre una nuova strada per la soluzione definitiva del problema dell’amianto in quanto, consente di realizzare impianti di inertizzazione, in grado di garantire una totale affidabilità sull’effettiva trasformazione del fibrocemento in un composto inerte e riciclabile. Il prodotto di trasformazione termica à ̈ riciclabile come materia prima secondaria, secondo recenti direttive dell’Unione Europea, a patto che non contenga amianto e/o da sostanze classificate cancerogene di categoria 1 o 2 in concentrazione totale superiore a 0,1%.
E’ noto da IT0001368771 un processo industriale innovativo per la soluzione definitiva del problema amianto. Il processo, unico al mondo per tipologia di trattamento termico e caratteristiche tecnologiche, si basa sulla conversione cristallochimica dei rifiuti contenenti amianto. Esso permette la trasformazione termica diretta di lastre di cemento-amianto, amianto friabile e/o lana di vetro/roccia sigillati in confezioni di materiale plastico, derivanti da normali operazioni di bonifica e rimozione. Il processo di trasformazione termica diretta dell’intera confezione à ̈ possibile grazie ad un forno industriale continuo a tunnel. Il ciclo di cottura per ottenere la completa trasformazione delle fasi dell’amianto (sia di serpentino che di anfibolo) contenute nelle lastre di cemento-amianto in fasi inerti (silicati di calcio, alluminio, magnesio e ferro), prevede una permanenza ad una temperatura compresa tra 1200 e 1300 °C per tempi molto lunghi. Il processo ha tra le sue peculiarità quella di non prevedere la manipolazione e/o la macinazione delle confezioni sigillate di amianto prima della cottura. Il forno industriale assicura il completo isolamento del materiale in cottura dall’ambiente esterno ed à ̈ dotato di un sistema di post-combustione, attraverso il quale devono passare tutti i fumi derivanti dai processi di trasformazione del rifiuto e della confezione. I fumi provenienti dal postcombustore vengono raffreddati e devono inoltre passare attraverso un doppio sistema di filtri assoluti HEPA ed uno scrubber.
E’ inoltre noto da IT0001256029 che à ̈ possibile utilizzare direttamente il cemento amianto grezzo non inertizzato nella preparazione di calcestruzzo, aggiungendo il cemento amianto direttamente alla miscela di materie prime naturali e non destinate al processo di clinkerizzazione (produzione di clinker a 1350-1400 °C). L’uso del cemento amianto non inertizzato per la produzione di calcestruzzo comporta il rischio di dispersione dell’amianto nell’ambiente, in caso di degradazione dei manufatti di calcestruzzo nei quali sia stato utilizzato il cemento amianto non inertizzato.
Scopo della presente invenzione à ̈ di rendere possibile l’uso senza rischi del cemento amianto nella realizzazione di calcestruzzo.
Lo scopo della presente invenzione viene raggiunto con l’uso di materia prima secondaria prodotta dalla trasformazione termica (inertizzazione) di lastre di cemento-amianto per la produzione di calcestruzzo, secondo la rivendicazione 1.
Grazie all’invenzione à ̈ possibile utilizzare la materia prima secondaria prodotta dalla trasformazione termica (inertizzazione) di lastre di cemento-amianto per ottenere una miscela di calcestruzzo avente caratteristiche di resistenza alla compressione, resistenza alla flessione e profondità di penetrazione dell’acqua che, in base alle normative vigenti, la rendono atta ad essere utilizzata in interni di edifici con bassa umidità , per manufatti di calcestruzzo non armato immersi in suolo non aggressivo o in acqua non aggressiva, per manufatti di calcestruzzo non armato soggetto a cicli di bagnato-asciutto ma non soggetto ad abrasione, gelo o attacco chimico, per parti di strutture di contenimento di liquidi, per fondazioni di edifici.
L’uso di detta materia prima secondaria inoltre elimina qualsiasi rischio di dispersione di amianto nell’ambiente. Un esempio di attuazione dell’invenzione à ̈ descritto nel seguito, a puro esemplificativo e non limitativo.
La materia prima secondaria utilizzabile secondo la presente invenzione viene prodotta a seguito di trasformazione termica di lastre di cemento-amianto in forni industriali sia continui che discontinui operanti in cicli rapidi (tempo di cottura totale inferiore a 2 h, compresa la rampa di risalita alla temperatura di cottura, isoterma alla temperatura di cottura e raffreddamento) o lenti (tempo di cottura totale compreso tra 2 e 50 h, compresa la rampa di risalita alla temperatura di cottura, isoterma alla temperatura di cottura e raffreddamento). La temperatura massima di trattamento deve essere compresa tra 1050 e 1300 °C in modo da ottenere la completa trasformazione delle fasi dell’amianto (sia amianto di serpentino che amianto di anfibolo) in fasi silicatiche di calcio, alluminio e magnesio (come ad esempio la larnite 2CaO•SiO2, la gehlenite Ca2Al(AlSi)O7, la merwinite Ca3Mg(SiO4)2, la ferrite 4CaO•Al2O3•Fe2O3e/o fase amorfa a base di Ca, Mg, Fe, Al, Si ed ossigeno).
La composizione chimica media della materia prima secondaria ottenuta con il suddetto trattamento termico, espressa sotto forma di percentuale in peso di ossidi degli elementi principali, Ã ̈ la seguente:
SiO2= 25-40%
Al2O3= 2-8%
Fe2O3= 0-5%
TiO2= 0-2%
CaO = 35-60%
MgO = 2-10%
Na2O = 0-3%
K2O = 0-3%
(volatili) perdita al fuoco = 0-5%.
La materia prima secondaria viene riciclata in percentuale compresa fra 1 e 20 % in sostituzione di clinker commerciale per la formulazione di miscele per calcestruzzo.
La composizione chimica media del clinker commerciale, espressa sotto forma di percentuale in peso di ossidi degli elementi principali, Ã ̈ la seguente:
SiO2= 15-30%
Al2O3= 2-10%
Fe2O3= 0-6%
TiO2= 0-2%
CaO = 45-68%
MgO = 0-5%
Na2O = 0-3%
K2O = 0-3%
(volatili) perdita al fuoco = 0-10%
La miscela di calcestruzzo secondo l’invenzione à ̈ composta da legante cementizio in una frazione compresa tra 14 e 18% ed inerte (sabbia ghiaia) in una frazione compresa tra 82 e 86% e rapporto acqua/clinker = 0.55-0.61. Il legante cementizio à ̈ composto per l’80-99% da clinker commerciale e per 1-20% dalla materia prima secondaria ottenuta dalla trasformazione termica (inertizzazione) di lastre di cementoamianto.
In considerazione delle caratteristiche tecnologiche di resistenza alla compressione superiore a 20 N/mm<2>, resistenza a flessione superiore a 2.5 N/mm<2>, e profondità di penetrazione dell'acqua inferiore a 4 cm, la miscela di calcestruzzo secondo l’invenzione contenente la materia prima secondaria prodotta dalla trasformazione termica (inertizzazione) di lastre di cemento-amianto à ̈ utilizzabile, ai sensi della normativa vigente, nella realizzazione di:
- interni di edifici con umidità bassa,
- manufatti in calcestruzzo non armato immerso in suolo non aggressivo o in acqua non aggressiva,
- manufatti in calcestruzzo non armato soggetto a cicli di bagnato-asciutto ma non soggetto ad abrasione, gelo o attacco chimico;
- parti di strutture di contenimento liquidi, fondazioni. Gli inventori della presente domanda di brevetto ritengono che questa applicazione industriale della materia prima secondaria prodotta dalla trasformazione termica (inertizzazione) di lastre di cemento-amianto sia una novità assoluta perché non à ̈ già compresa nello stato della tecnica e non risulta in modo evidente dallo stato della tecnica per una persona esperta di questo settore di ricerca. L’applicazione inoltre può essere oggetto di utilizzo immediato in campo industriale.
Claims (5)
- RIVENDICAZIONI 1. Miscela di calcestruzzo comprendente legante cementizio in una quantità compresa tra 14 e 18% in peso e materiali inerti, quali sabbia e ghiaia, in una quantità compresa tra 82 e 86% in peso, caratterizzata dal fatto che detto legante cementizio comprende clinker in una quantità compresa tra 80% e 99% in peso e materia prima secondaria ottenuta dalla inertizzazione termica di cemento-amianto in una quantità compresa tra 1% e 20% in peso e che il rapporto acqua/clinker à ̈ compreso tra 0.55% e 0.61%.
- 2. Miscela secondo la rivendicazione 1, in cui la composizione di detta materia prima secondaria espressa sotto forma di percentuali in peso di ossidi dei componenti principali à ̈ la seguente: SiO2= 25-40% Al2O3= 2-8% Fe2O3= 0-5% TiO2= 0-2% CaO = 35-60% MgO = 2-10% Na2O = 0-3% K2O = 0-3% Materiali volatili = 0-5%.
- 3. Miscela secondo la rivendicazione 1, oppure 2, in cui la composizione di detto clinker, espressa sotto forma di percentuali in peso di ossidi dei componenti principali à ̈ la seguente: SiO2= 15-30% Al2O3= 2-10% Fe2O3= 0-6% TiO2= 0-2% CaO = 45-68% MgO = 0-5% Na2O = 0-3% K2O = 0-3% Materiali volatili = 0-10%.
- 4. Miscela di calcestruzzo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che manufatti di calcestruzzo ottenuti con detta miscela presentano le seguenti caratteristiche: - resistenza a compressione maggiore di 20 N/mm<2>; - resistenza a flessione maggiore di 2,5 N/mm<2>, - profondità di penetrazione dell’acqua inferiore a 4 cm.
- 5. Miscela di calcestruzzo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta materia prima secondaria viene prodotta tramite trattamento termico di lastre di cementoamianto ad una temperatura compresa tra 1050 e 1300°C, per un tempo compreso tra 2 ore e 50 ore.
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