ITRM930174A1 - Composizione legante per la preparazione di un agglomerato a base di materiali finemente divisi, procedimento che impiega questa composizione ed agglomerato cosi' ottenuto. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:
"COMPOSIZIONE LEGANTE PER LA PREPARAZIONE DI UN AGGLOMERATO A BASE DI MATERIALI FINEMENTE DIVISI, PROCEDIMENTO CHE IMPIEGA QUESTA COMPOSIZIONE ED AGGLOMERATO COSI' OTTENUTO"
La presente invenzione ha per oggetto una composizione legante per la preparazione di un nuovo agglomerato a base di materiali finemente suddivisi .
Essa riguarda parimenti un procedimento che impiega questa composizione cos? come il nuovo agglomerato ottenuto .
Con l'espressione "agglomerato a base di materiali finemente suddivisi" si indica qualsiasi presentazione fisica di materiali, eventualmente combustibili, finemente suddivisi, facilmente maneggevoli ed impiegabili a scopi domestici oppure industriali. Si possono citare a titolo di esempio le palle, le bricchette ed i pellet.
I materiali finemente suddivisi considerati dalla presente invenzione, quando sono combustibili, vengono scelti tra le sostanze ricche in carbonio come ad esempio i fini o polveri di carbone, i fini di carbone di legna, i fini di coke di carbone fossile, i fini di coke di petrolio, i fini di vegetali di scarto oppure i miscugli di questi prodotti; questi materiali e in particolare i fini e polveri di carbone sono prodotti in grande quantit? dai procedimenti moderni di estrazione e di lavaggio, particolarmente del carbone.
Questi materiali finemente suddivisi, quando non sono combustibili, possono venire scelti precisamente nel gruppo comprendente i fini di minerali, i fini di rocce sedimentare quali le sabbie, i fini del tipo scoria oppure loppa , i fini risultanti dalla fabbricazione del vetro ed i miscugli di questi prodotti.
E' parimenti possibile mescolare almeno un materiale combustibile con almeno un materiale non combustibile.
Tecniche differenti di agglomerazione di questi materiali finemente suddivisi, che impiegano generalmente additivi oppure leganti appropriati ad assicurare una coesione sufficiente, sono stati di gi? proposti.
Fra questi additivi o leganti pi? correntemente impiegati si possono citare la pece di carbonfossile, di legna oppure di petrolio, il bitume, i lignosolfonati, le argille, i polisaccaridi fra i quali in particolare gli amidi ed i derivati di amidi.
Il pi? impiegato fra questi leganti ? incontestabilmente la pece di carbofossile, ma poich? le esigenze per quanto riguarda la protezione dell'ambiente si fanno sempre pi? stringenti, il suo impiego conosce oggi una certa recessione.
In effetti, il suo impiego obbliga di far subire agli agglomerati cos? ottenuti un trattamento termico o eliminazione di fumi al fine di abbassare la concentrazione in composti fenolici. Oppure, questo trattamento provoca un inquinamento atmosferico non trascurabile. Inoltre, la eliminazione dei fumi non essendo completa, la combustione di questi agglomerati al momento del loro impiego provoca uno sviluppo di fumi nocivi per l'uomo.
Questi inconvenienti hanno condotto taluni paesi ad interdire la loro utilizzazione.
Gli inconvenienti intrinseci alla utilizzazione della pece si ritrovano quando si impieghi bitume come legante.
Per rimediare a questi inconvenienti ? stato proposto di fare ricorso, come legante, a lignosolfonati, in particolare di ammonio.
Per rimediare ai numerosi inconvenienti ben conosciuti dei lignosolfonati (in particolare la debole resistenza a verde degli agglomerati che li contengono, l'apporto di un forte tasso di ceneri, il tenore importante in zolfo) ? stato proposto di fare ricorso, come legante, ad amido che, impiegato da solo oppure in miscuglio con altri leganti, come riferito per esempio dai brevetti USA 3.726.652 e DE 3.227.395, presenta numerosi vantaggi; esso conduce a buoni risultati sui piani:
della resistenza alla compressione meccanica,
- della resistenza all'abrasione,
- della resistenza agli urti,
e pu? venire impiegato senza limitazione negli impianti industriali inizialmente concepiti per un impiego della pece oppure del bitume che sono i leganti pi? utilizzati attualmente, il suo impiego non necessitando dunque di investimento supplementare; inoltre il mantenimento degli impianti ? ridotto.
Per altro, la combustione di agglomerati legati mediante l'amido non genera fumo tossico e, oppure inquinante.
Tuttavia, e questo costituisce un inconveniente principale, gli agglomerati a base di amido presentano una sensibilit? molto marcata all'acqua, il che rende impossibile il loro immagazzinamento all'aria libera.
E' stato proposto, per rimediare a questo inconveniente, di associare l'amido alla pece, asfalto oppure bitume o ancora di insolubilizzare l'amido con resine di tipo urea-formaldeide, fenolo-formaldeide, melammina-formaldeide, chetone-formaldeide, o loro miscuglio, ma tutte queste soluzioni presentano il problema di sviluppo di fumi tossici e inquinanti al momento della combustione degli agglomerati cos? ottenuti.
Un miglioramento decisivo ? stato apportato dal brevetto FR-A-89 07679 della Societ? Richiedente secondo il quale si ? fatto ricorso ad una composizione legante comprendente essenzialmente amido ed un agente ossidante costituito particolarmente da un persolfato.
Gli agglomerati cos? ottenuti non presentano pi? gli inconvenienti di quelli preparati partendo da composizioni leganti differenti da quelli a base di amido e rispondono in maniera pienamente soddisfacente ai due primi dei tre desiderata fondamentali della pratica, cio?
- la durata a verde
- la resistenza meccanica, e
- la resistenza all'acqua, ma la loro resistenza all'acqua, che ? soddisfacente, resta perfezionabile particolarmente per quanto riguarda gli agglomerati che si trovano nella parte inferiore degli ammassi immagazzinati in un ambiente a forte ritenzione di acqua.
Altri tentativi rivolti a risolvere il problema della risposta simultanea migliore possibile ai tre suddetti desiderata della pratica impiegano la melassa come legante.
Essi sono precisamente l'oggetto
- del brevetto britannico GB-A-2.227.024 e
- del brevetto francese FR-A-90 09028.
Nei due casi, la composizione legante impiegata comprende contemporaneamente una melassa ed un sale di ammonio che ? costituito, per quanto riguarda le prove effettuate,
- nel caso del brevetto britannico, dal solfato o fosfato di ammonio, il cloruro di ammonio venendo considerato poco vantaggioso a causa di deboli comportamenti registrati sulla coesione a verde,
- nel quadro del brevetto francese, dal lignosolfonato e, oppure il nitrato.
Prove realizzate dalla Societ? Richiedente hanno mostrato che le resistenze meccaniche ed all'acqua ottenute con una composizione legante a base di melassa e di uno di questi sali di ammonio, cio? il fosfato, il solfato, il lignosolfonato e il nitrato, restano perfezionabili, il cloruro venendo scartato per le ragioni esposte qui sopra.
La societ? Richiedente si ? dunque stabilito come scopo di mettere a punto una composizione legante che, pur portando a degli agglomerati del genere in questione almeno equivalenti, per quanto riguarda la resistenza a verde e meccanica, a quelli suscettibili di venire ottenuti mediante impiego dell'invenzione, scopo del brevetto FR-A-89 07679, permette di ottenere agglomerati la cui resistenza all'acqua ? migliorata.
Essa ha trovato che, in maniera completamente sorprendente e inattesa, questo risultato veniva ottenuto quando si faccia ricorso, per la costituzione della composizione legante, da una parte, ad un composto amilaceo, pi? particolarmente gli amidi e i suoi derivati e, d'altra parte a cloruro di ammonio.
Questo risultato ? tanto pi? inatteso in quanto, se il tecnico poteva aspettarsi che la sostituzione della melassa con l'amido migliorasse la durata a verde degli agglomerati ottenuti qualunque sia l'anione impiegato, questo stesso tecnico era nella impossibilit? di prevedere
- che questo miglioramento corrisponderebbe, nel caso del cloruro, ad un fattore di circa 15 mentre quello corrisponde ad un fattore dell'ordine di meno di 2 fino a circa 5 nel caso del fosfato e solfato, ponendo cos? il cloruro largamente in testa mentre prima era stato quasi scartato, e
- contemporaneamente le resistenze meccanica ed all'acqua ottenute con il cloruro di ammonio fossero, anche esse, migliorate non solamente in rapporto al solfato ed al fosfato ma parimenti in rapporto al lignosolfonato e al nitrato.
Di conseguenza, la composizione legante secondo l'invenzione per la preparazione di un nuovo agglomerato a base di materiali finemente suddivisi ? caratterizzata dal fatto che combina un composto amilaceo e cloruro di ammonio.
Nella pratica, gli elementi costitutivi della costituzione legante, cio? il composto amilaceo da una parte ed il cloruro di ammonio dall'altra parte, possono trovarsi uniti soltanto al momento della costituzione dell'agglomerato oppure possono presentarsi sotto forma di un tutto commerciale comprendente tutto o parte dei due costituenti.
Il procedimento secondo l'invenzione, che comprende in successione:
- uno stadio di mescolamento di un materiale finemente suddiviso ed elementi costitutivi di una composizione legante con una quantit? sufficiente di acqua,
- uno stadio di agglomerazione di questo miscuglio che porta alla formazione di un agglomerato e
- uno stadio consistente in un trattamento termico dell'agglomerato,
? caratterizzato dal fatto che gli elementi costitutivi della composizione legante comprendono, da una parte, un composto amilaceo, precisamente amido oppure uno di suoi derivati e, dall'altra parte, cloruro di ammonio.
Dal punto di vista pratico, il miscuglio del materiale finemente suddiviso, di ciascuno dei costituenti della composizione legante e dell'acqua, pu? venire realizzato secondo un ordine variabile, eventualmente con un apporto di calore, in particolare nel caso in cui il composto amilaceo ? un amido sotto forma granulare. Inoltre, il cloruro di ammonio pu? venire introdotto unicamente in uno degli altri costituenti del miscuglio oppure ripartito in pi? di questi costituenti oppure in ciascuno di essi.
Infine, si pu? considerare di formare il cloruro di ammonio in situ mediante introduzione, al momento dello stadio di mescolamento, di quantit? equimolecolari di acido cloridrico e di ammoniaca .
Secondo un modo di realizzazione vantaggioso del procedimento secondo l'invenzione, gli elementi costitutivi della composizione legante vengono impiegati al momento dello stadio di mescolamento in proporzioni che vanno, in rapporto al materiale finemente suddiviso,
- da 0,5 a 25, di preferenza da 1 a 15% e, pi? preferibilmente ancora, da 2 a 7% in peso per quanto riguarda il composto amilaceo,
- da 0,1 a 10%, di preferenza da 0,25 a 5% e, pi? preferibilmente ancora, da 0,5 a 3% in peso per quanto riguarda il cloruro di ammonio e,
- da 3 a 15% in peso per quanto riguarda l 'acqua.
Secondo un modo di realizzazione vantaggioso della composizione legante secondo l'invenzione, il composto amilaceo ? scelto nel gruppo comprendente i cereali macinati, le farine, gli amidi, i derivati di amido oppure loro miscugli, gli amidi e loro derivati essendo preferiti.
I suddetti amidi o derivati di amido sono scelti
- per quanto riguarda gli amidi, nel gruppo formato dagli amidi nativi di qualsiasi origine, provenienti ad esempio dalla patata, dalla manioca, dal mais, dal mais ceroso, dal frumento, - per quanto riguarda i derivati di amido, nel gruppo comprendente gli amidi modificati per via fisica e, oppure chimica.
Il composto amilaceo, quando si tratti di un amido oppure di un derivato di amido, pu? trovarsi sotto forma granulare, sotto forma di collo oppure sotto forma pregelatinizzata.
Il cloruro di ammonio pu? venire impiegato sotto forma polverulenta in vista del suo mescolamento con il materiale finemente suddiviso e, oppure con il composto amilaceo e, oppure con l'acqua e, oppure con un miscuglio di questi costituenti .
Sempre dal punto di vista pratico e precisamente quando il composto amilaceo ? un amido oppure un derivato di amido, gli stadi di procedimento secondo l'invenzione consistono nel:
- realizzare il mescolamento del materiale finemente suddiviso, dell'amido, dello NH4Cl e dell'acqua entro un dispositivo miscelatore con apporto di calore che porta la temperatura del miscuglio fra 80 e 100?C,
- far passare il miscuglio cos? realizzato attraverso un dispositivo di formazione, per esempio di palle, e
- sottoporre queste palle ad un trattamento termico consistente nel mantenerle ad una temperatura di 200 fino a 300 ?C per un tempo da 180 fino a 30 minuti.
Vantaggiosamente, lo stadio di agglomerazione viene realizzato impiegando una tecnica scelta nel gruppo comprendente la pelletizzazione, il compattamento sotto pressione, la granulazione, la estrusione e la macinazione (vedasi ad esempio il brevetto EP 0 097 486).
Il trattamento termico pu? venire effettuato in una atmosfera costituita da azoto, biossido di carbonio, vapor d'acqua, ossigeno od ancora un miscuglio di due o pi? di questi prodotti. Questo trattamento termico deve essere tale che la temperatura non superi la temperatura di carbonizzazione degli zuccheri.
Il nuovo agglomerato secondo l'invenzione, che ? sostanzialmente esente da pece oppure da bitume, ? caratterizzato dal fatto di presentare - prima del trattamento termico, una resistenza a verde di almeno 50 Newtons (N),
- dopo il trattamento termico, una resistenza meccanica di almeno 1000 N ed una resistenza all'acqua a temperatura ambiente tale che dopo una permanenza di 4 settimane in acqua la resistenza meccanica sia uguale ad almeno 80% della resistenza meccanica iniziale,
questi valori venendo determinati con l'aiuto di un misuratore di compressione e per una pressione di agglomerazione di 30.000 N.
Secondo un modo di realizzazione vantaggioso, si pu? incorporare nell'agglomerato un agente che rende idrofugo appartenente alla famiglia degli organosilicici al fine di diminuire la ripresa in acqua degli agglomerati.
Secondo un altro modo di realizzazione vantaggioso, si pu? parimenti incorporare un agente che migliora la resistenza al fuoco degli agglomerati quale, ad esempio un composto della famiglia dei fosfati, la calce oppure il carbonato di calcio.
L'invenzione potr? venire ancora meglio compresa con l'aiuto di esempi non limitativi ed in parte comparativi e nei quali sono descritti modi di realizzazione vantaggiosi dell'invenzione. Esempio 1
In un miscelatore del tipo "LANG", si introducono da una parte 1 kg di fini di carbone (antracite) aventi una granulometria inferiore a 2 mm, d'altra parte 50 g di amido nativo di mais e 50 g di acqua. Mentre si mantiene l'agitazione, si riscalda a vapore vivo fino a 90?C il miscuglio cos? realizzato. Si mescola questo miscuglio per un quarto d'ora circa mantenendo la temperatura a 90?C, con una umidit? di 8%.
Il miscuglio viene quindi agglomerato su una pressa a pistone munita di una cellula di pressatura sferica di 5 cm di diametro. Si regola la forza applicata al pistone a 30.000 N.
Si ottengono cos? palle di fini di carbone presentanti una coesione a verde, determinata con l'aiuto di un misuratore di compressione PERRIER, di 80 N, coesione sufficiente a subire un trasporto.
Queste palle vengono poi sottoposte ad una essiccazione di una durata di 2 ore a 220?C.
La resistenza meccanica di queste palle, determinata come la coesione a verde, ? di 800 N.
Le palle vengono poi immerse nell'acqua fredda. Si constata che esse si disaggregano rapidamente. Dopo 1 ora, l'agglomerato non presenta pi? alcuna coesione.
Questi risultati illustrano che ? possibile, impiegando un legante amilaceo, produrre agglomerati di fini di carbone aventi caratteristiche meccaniche corrette ma non resistenti all'acqua.
Esempi 2 fino a 6
Nei cinque esperimenti corrispondenti rispettivamente agli esempi 2 fino a 6, si sono saggiati cinque tipi di agglomerati preparati nelle condizioni ricordate qui in seguito che sono identiche tranne per una differenza, cio? la natura del sale di ammonio impiegato.
Nell'esempio 2 secondo l'invenzione, il sale di ammonio ? il cloruro e, negli esempi comparativi 3 fino a 6, il sale ? costituito rispettivamente dal solfato, il fosfato, il nitrato e il lignosolfonato.
Le condizioni di preparazione e le misure effettuate sono come seguono:
In un miscelatore identico a quello dell'esempio 1, si introducono 1 kg di fini di carbone, 50 g di amido nativo di mais e 10 g di sale di ammonio sciolti ikn 30 cl di acqua. Si agita l'insieme, che viene riscaldato nelle medesime condizioni che nell'esempio 1.
Il miscuglio viene agglomerato come nell'esempio 1.
Si ottengono palle di fini di carbone di cui si misura la coesione a verde.
Poi queste palle vengono sottoposte ad una essiccazione identica a quella dell'esempio 1. Dopo l'essiccazione, si determina la loro resistenza meccanica.
Esse vengono poi immerse in acqua fredda.
La loro resistenza meccanica viene di nuovo determinata prima dopo 48 ore di immersione, poi dopo una settimana di immersione ed infine dopo un mese di immersione.
I risultati dell'insieme delle dette misure sono riuniti nella tabella I.
TABELLA I
Alla lettura di questi risultati apparir? che una composizione legante che combina amido nativo (5% in peso in rapporto al materiale finemente suddiviso) e cloruro di ammonio (1% in peso in rapporto al materiale finemente suddiviso), permette di ottenere palle presentanti:
- una coesione molto buona a verde,
- una eccellente resistenza meccanica e
- una eccellente resistenza all'acqua.
E' da notare che la resistenza meccanica di queste palle diminuisce molto poco in valore relativo dopo la permanenza in acqua, il che non avviene quando si impieghi un altro sale di ammonio, sia che si tratti di solfato, di fosfato, di nitrato oppure di lignosolfonato di ammonio. Esempio 7
Si procede come in precedenza facendo ricorso a 30 g di cloruro di ammonio sciolti in 30 cl di acqua in luogo di 10 g di cloruro di ammonio sciolti in 30 cl di acqua, le altre condizioni essendo invariate.
Si ottengono palle di fini di carbone che presentano una coesione a verde di 160 N.
Dopo trattamento termico nelle condizioni dell'esempio 1, la resistenza meccanica ? di 1400 N.
Le palle cos? ottenute vengono poi immerse in acqua fredda. Non si osserva alcuna degradazione dopo un mese di immersione.
Inoltre, la resistenza meccanica ? sempre pari a 1400 N dopo un mese di immersione.
Questo esempio mostra che l'aumento della proporzione di cloruro di ammonio si traduce in una migliore conservazione della resistenza meccanica dopo l'immersione.
Esempio 8
In un miscelatore del tipo "LANG" si introducono, da una parte, 1 kg di fini di carbone e, d'altra parte, 10 g di cloruro di ammonio in polvere. Si omogeneizza l'insieme e poi si iniettano 143 g di una colla da 35% di amido di mais ceroso confezionato su un "Jet-cooker" a 100?C.
Si mescola per un quarto d'ora mantenendo una temperatura di 100?C con l'aiuto di un sistema riscaldante a doppio involucro.
Il miscuglio ? compatto come nell'esempio 1. Si ottengono palle di fini di carbone che posseggono una coesione a verde di 60 N.
Queste palle vengono sottoposte a trattamento termico descritto nell'esempio 1.
La resistenza meccanica delle palle, dopo il trattamento termico, determinata nelle medesime condizioni che nell'esempio 1, ? di 1600 N.
Dopo un mese di immersione in acqua fredda, non si rileva alcuna disaggregazione.
Inoltre, l'evoluzione della resistenza meccanica dopo la immersione ? insignificante poich? dopo essere passata ad un valore di 1500 N al termine di 48 ore di immersione, la resistenza meccanica rimane invariata dopo oun mese di immersione .
Il ricorso ad una colla permette l'impiego di circuiti previsti anteriormente per l'impiego di leganti liquidi quali i lignosolfonati, le melasse e altri, senza modificazione dell'impianto.
Claims (3)
- RIVENDICAZIONI 1. Composizione legante per la fabbricazione di agglomerati a base di materiali finemente suddivisi, caratterizzata dal fatto che essa combina: - un composto amilaceo con cloruro di ammonio.
- 2. Procedimento di preparazione di un agglomerato a base di materiali finemente suddivisi comprendente in successione: - uno stadio di mescolamento di un materiale finemente suddiviso e di elementi costitutivi di una composizione legante con una quantit? sufficiente di acqua, - uno stadio di agglomerazione di questo miscuglio, - uno stadio consistente in un trattamento termico dell'agglomerato, e caratterizzato dal fatto che gli elementi costitutivi della composizione legante comprendono, da una parte, un composto amilaceo, precisamente amido oppure uno di suoi derivati e, d'altra parte, cloruro di ammonio.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dia fatto che gli elementi costitutivi della composizione legante vengono impiegati al momento dello stadio di mescolamento in proporzioni che vanno, in rapporto al materiale finemente suddiviso, - da 0,5 a 25%, di preferenza da 1 a 15% e, ancora pi? preferibilmente, da 2 a 7% in peso per quanto riguarda il composto amilaceo, - da 0,1 a 10%, preferibilmente da 0,25 a 5% e, ancora pi? preferibilmente, da 0,5 a 3% in peso per quanto riguarda il cloruro di ammonio e - da 3 fino a 15% in peso per quanto riguarda l'acqua . 4. agglomerato a base di materiali finemente suddivisi e sostanzialmente esenti da pece e, oppure da bitume, caratterizzato dal fatto che presenta : prima del trattamento termico, una resistenza a verde di almeno 50 N e - dopo trattamento termico, una resistenza meccanica di almeno 1000 N e una resistenza all'acqua a temperatura ambiente tale che dopo una permanenza di 4 settimane in acqua, la resistenza meccanica ? uguale ad almeno 80% della resistenza meccanica iniziale
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