ITTV20090039A1 - Procedimento ed impianto per il trattamento di fanghi di lavorazione di manufatti di materiale agglomerato lapideo. - Google Patents

Description

“Procedimento ed impianto per il trattamento di fanghi di

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento ed un impianto per il trattamento dei fanghi di processo risultanti dalla fabbricazione e lavorazione di materiali lapidei, materiali ceramici e materiali agglomerati lapidei, in particolare per quest’ultimi quelli ottenuti con la tecnologia denominata Bretonstone, ai quali per comodità di esposizione si farà riferimento nel prosieguo di questa descrizione, senza intendimento limitativo.

La tecnologia Bretonstone in questione prevede nelle sue linee essenziali la preparazione di un impasto comprendente un granulato di materiale lapideo o simile, avente granulometria opportunamente selezionata, ed un legante costituito da una resina organica induribile, l’impasto essendo preferibilmente addizionato di una fase inorganica notevolmente fine, denominata filler o carica, preferibilmente costituita da polveri di materiale lapideo.

L’impasto viene depositato sotto forma di strato sottile su di un supporto temporaneo oppure utilizzato per il riempimento di un opportuno stampo (nel caso in cui si debba realizzare un blocco).

Successivamente l’impasto à ̈ sottoposto ad una compressione sotto vuoto e allo stesso tempo ad un moto vibratorio ad una frequenza prestabilita.

Il manufatto grezzo così ottenuto à ̈ trasferito ad una fase di indurimento della resina legante, per azione di calore e/oppure di un catalizzatore.

Per maggiori dettagli in relazione a questa tecnologia si rinvia per esempio ai brevetti US 5928 585, US 6773641 e alle domande di brevetto US 2006/0283136, US 2006/0 Successivamente alla fabbricazione delle lastre, si procede necessariamente ad operazioni di finitura quali calibratura e levigatura mediante appositi utensili abrasivi operanti sotto un flusso continuo d’acqua.

Ad analoghe operazioni sono sottoposte le lastre di materiali lapidei o ceramici.

Il flusso d’acqua à ̈ utilizzato per raffreddare gli utensili delle macchine calibratici e levigatrici e contemporaneamente abbattere la polvere generata dalla lavorazione. Questi utensili abrasivi possono essere costituiti da granuli diamantati ancorati ad una matrice metallica o resinosa.

Queste operazioni generano come sfridi una polvere di materiale lapideo (ad esempio marmo, granito, quarzo, ecc.) oppure ceramico ed eventualmente di resina legante indurita nonché dei relativi additivi, polvere che rimane in sospensione nel flusso d’acqua appena descritto.

Nel caso poi dei blocchi questi vengono innanzitutto sottoposti ad una operazione di segagione che viene condotta con lame diamantate operanti anch’esse sotto un flusso d’acqua, con formazione di un’analoga sospensione di polveri quale quella sopra menzionata.

Queste acque reflue normalmente sono soggette ad un trattamento di chiarificazione e permangono in ciclo per alimentare i circuiti di raffreddamento degli utensili di calibratura, levigatura e taglio. A tale scopo le acque di lavorazione contenenti dette polveri in dispersione vengono normalmente addizionate con varie sostanze (ad es. flocculanti e antischiuma) e trattate in apparecchi separatori o decantatori, in modo che la polvere si separi mentre l’acqua ritorni ad alimentare i circuiti di raffreddamento degli utensili di calibratura, levigatura e taglio.

I fanghi, raccolti nei dispositivi di separazione o decantazione, sono abbastanza fluidi ed hanno ancora un contenuto elevato di acqua.

Per questo motivo in una fase iniziale del ciclo, i fanghi sono convogliati in apparecchiature di concentrazione, quali centrifughe o più spesso filtropresse, in modo da poter estrarre quanta più acqua possibile.

L’acqua così estratta à ̈ anch’essa rimessa in ciclo per la lavorazione delle lastre di materiale lapideo, ceramico od agglomerato lapideo.

I fanghi concentrati, aventi un contenuto d’acqua in peso variabile tra il 15% ed il 30% in funzione del tipo di macchina concentratrice, sono trasferiti in opportuni centri di raccolta (discariche) con conseguenti oneri e costi.

In sostanza i fanghi di lavorazione comprendono:

- acqua utilizzata durante la lavorazione delle lastre;

- materiali ceramici o lapidei e, se gli sfridi derivano dalla lavorazione di lastre Bretonstone, resina legante in forma di polvere;

- additivi organici come ad esempio flocculanti e antischiuma che favoriscono la decantazione;

- in quantità minima e trascurabile sostanze costituenti gli utensili di lavorazione e quindi polvere di diamante e legante organico o metallico.

Nella domanda di brevetto internazionale WO2007/104368 a nome Management & Innovation si descrive un procedimento per il trattamento dei fanghi di lavorazione della pietra naturale.

Il trattamento ha lo scopo di recuperare l’acqua contenuta nei fanghi e il calore impiegato per la loro essiccazione.

Nella domanda di brevetto italiana TV2007A000149 a nome dello stesso richiedente si descrive un procedimento per il trattamento e l’utilizzo di fanghi di lavorazione di lastre di materiale lapideo agglomerato, in cui i fanghi di lavorazione, dopo almeno una fase di eliminazione meccanica preferibilmente mediante filtropressa del contenuto di acqua che dà luogo ad un fango concentrato, vengono sottoposti alle seguenti fasi:

(a) essiccazione del fango concentrato per l’allontanamento mediante evaporazione dell’acqua in esso contenuta;

(b) calcinazione del fango essiccato, ossia riscaldamento ad una temperatura e per un tempo sufficienti ad eliminare per combustione tutte le sostanze organiche con ottenimento di polvere di materiale inorganico;

(c) raffreddamento, seguito da disgregazione, filtrazione ed eventuale separazione della polvere risultante e

(d) utilizzazione della polvere così ottenuta come filler nella fabbricazione di lastre di materiale agglomerato lapideo.

L’impianto comprende, a valle della filtropressa, un essiccatoio per l’allontanamento dell’acqua mediante evaporazione, un inceneritore per eliminare mediante calcinazione le sostanze organiche contenute nei fanghi essiccati dotato di postcombustore.

Inoltre l’impianto comprende anche:

- un dispositivo disgregatore ed un dispositivo di filtrazione delle polveri residue dall’incenerimento;

- mezzi di recupero dell’acqua ottenuta sia dal trattamento preliminare dei fanghi che dalla essiccazione del fango concentrato e

- mezzi di trasferimento di detta acqua a una linea di lavorazione delle lastre di materiale agglomerato lapideo per alimentarne il circuito di raffreddamento.

La granulometria delle polveri di materiale lapideo così ottenute dipende, oltre che dalla natura del materiale stesso, anche dalla grana degli utensili utilizzati durante le fasi di taglio e di calibratura/levigatura.

Tuttavia anche impiegando questo metodo, non si può escludere totalmente il necessario ricorso ad un centro di raccolta, a causa delle polveri ottenute.

Scopo della presente invenzione à ̈ quindi quello di perfezionare ulteriormente la tecnologia sopra ricordata ed in particolare rendere disponibile un procedimento e un impianto che consenta un utilizzo efficace dal punto di vista produttivo ed economico dei fanghi di lavorazione, producendo dei materiali utili per altri impieghi.

Un secondo compito della presente invenzione à ̈ rendere disponibile un procedimento e un impianto che consentano che i prodotti derivanti dal trattamento dei fanghi, qualora non vengano utilizzati, possano essere smaltiti in una comune discarica per materiale inerte.

Lo scopo e i compiti della presente invenzione vengono conseguiti con un procedimento ed un impianto come definiti nelle rivendicazioni.

Gli ulteriori vantaggi e le caratteristiche della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue di alcuni esempi di realizzazione, fatti a titolo esplicativo e non limitativo, in relazione al disegno allegato che mostra in forma schematica la successione di fasi di trattamento e quindi anche lo schema di impianto corrispondente.

Secondo il procedimento dell’invenzione si utilizzano fanghi comprendenti gli sfridi di lavorazione di lastre o blocchi di materiale lapideo, ceramico od agglomerato lapideo, fanghi che sono sottoposti ad almeno una fase di eliminazione meccanica del contenuto di acqua con ottenimento di un fango concentrato.

Le fasi del procedimento secondo l’invenzione comprendono inoltre:

(a) miscelazione del fango concentrato con un legante inorganico in soluzione acquosa;

(b) riduzione della miscela così ottenuta in granuli di dimensione normalmente inferiore a 5 mm;

(c) essicazione della miscela granulosa per mezzo dell’evaporazione dell’acqua contenuta all’interno di detta miscela;

(d) riscaldamento dei granuli essiccati ad una determinata temperatura e mantenimento a detta temperatura in modo da rendere insolubile il legante, con eliminazione per combustione delle sostanze organiche.

Nella figura la freccia F1 indica lastre grezze all’ingresso dell’impianto mentre la freccia F2 indica lastre finite uscenti dall’impianto. Qualora le lastre vengano ottenute per segagione di blocchi, a monte delle macchine menzionate qui sopra sono presenti (anche se non mostrati nella figura) telai noti per la segagione dei blocchi in lastre.

Nello schema della figura con il riferimento 10 à ̈ indicata una macchina calibratrice per la calibratura delle lastre grezze all’ingresso, con il riferimento 12 una macchina levigatrice, e con il riferimento 14 una macchina tagliatrice.

Con il riferimento 16 Ã ̈ illustrato un collettore di alimentazione di acqua di raffreddamento alle suddette macchine per mezzo di diramazioni 16A, 16B e 16C.

Le acque di lavorazione, aventi la composizione descritta più sopra e provenienti dalle macchine 10, 12 e 14 vengono convogliate in un collettore di raccolta 18, tramite diramazioni 18A, 18B e 18C.

Al collettore 18 Ã ̈ collegato un condotto 20 di alimentazione di eventuali additivi idonei per la sedimentazione, ad esempio flocculanti ed antischiuma, che vengono prelevati da un serbatoio 22.

Il collettore 18 sbocca in un decantatore 24, dal quale viene prelevata l’acqua sovranatante per mezzo del condotto 26, che viene riciclata per mezzo del condotto 28 al collettore 16 in una posizione a monte delle macchine 10, 12 e 14.

Se necessario à ̈ predisposta l’adduzione di acqua di reintegro attraverso un condotto 30.

In questo modo à ̈ possibile utilizzare l’acqua estratta dai fanghi nella stessa linea di lavorazione delle lastre.

I fanghi scaricati dal decantatore 24 vengono trasferiti per mezzo di un condotto 32 ad un concentratore 34, ad esempio una filtropressa di tipo tradizionale e ben noto, avente la funzione di estrarre ulteriormente acqua dai fanghi rendendoli concentrati.

L’acqua recuperata in tal modo viene convogliata per mezzo di un condotto 35 al condotto 26.

I fanghi concentrati scaricati dal concentratore 34 vengono raccolti in un serbatoio di stazionamento 36, dal quale, per mezzo di un condotto 38, vengono convogliati in un preessiccatore 40. La funzione del pre-essiccatore 40, che à ̈ di tipo tradizionale e ben noto, à ̈ quella di ridurre l’umidità dei fanghi prodotti dal concentratore 34 ad un valore inferiore a circa il 16%.

Un condotto 42 collega il pre-essiccatore 40 ad un granulatore 44 per la granulazione dei fanghi.

Il granulatore 44 consiste essenzialmente in una macchina miscelatrice nella quale si introduce sia il fango da trattare, per mezzo del condotto 42, sia un legante inorganico, attraverso un dosatore 46 connesso al granulatore per mezzo del condotto 48.

Il legante inorganico à ̈ una soluzione acquosa, ad esempio un silicato di un metallo alcalino quale sodio o potassio.

Appare quindi evidente il motivo dell’impiego di un pre-essiccatore per la preparazione dei fanghi alla fase di granulazione.

Infatti, poiché il liquido legante anzidetto comporta un aumento del tenore di acqua dei fanghi, introducendo i fanghi nel granulatore 44 senza l’utilizzo di un pre-essiccatore 40 la miscela risulterebbe troppo fluida per la fase di granulazione.

Nella fase di miscelazione appena descritta può essere prevista l’aggiunta di materiale argilloso o di ossido di zinco, aventi la funzione di rendere completamente insolubile il legante dopo la successiva fase di cottura.

I granuli così ottenuti, aventi dimensioni di alcuni millimetri, sono trasferiti ad un essiccatoio 50, nel quale si procede all’evaporazione dell’acqua contenuta nel granulato, che viene poi trasferito in un forno di cottura 52 operante ad una temperatura sufficiente a garantire la insolubilizzazione del legante e l’eliminazione per combustione di tutte le sostanze organiche contenute nei fanghi. La temperatura del forno di cottura 52 può essere compresa tra 400°C e 650°C e i granuli permangono in esso per un tempo tale da assicurare la predetta insolubilizzazione e combustione completa delle sostanze organiche (ad esempio dell’ordine di almeno 10 minuti).

Preferibilmente la temperatura del forno di cottura 52 à ̈ compresa tra 550°C e 600°C. Tanto l’essiccatoio 50 quanto il forno di cottura 52 sono apparecchiature ben note. E’ anche previsto che l’essiccatoio 50 e il forno di cottura 52 costituiscano un’unica apparecchiatura di incenerimento che svolge entrambe le funzioni.

L’acqua allontanata per evaporazione nella fase di essiccazione viene eventualmente condensata, nel condensatore 54, e riciclata con l’acqua di recupero dal decantatore attraverso il condotto 56.

I fumi del forno di cottura 52 vengono inviati ad un post-combustore 58, operante normalmente a temperature idonee ad assicurare che i fumi stessi non contengano sostanze tossiche, (in particolare diossina), per cui viene fatto funzionare a temperature comprese tra 650°C e 850°C.

I fumi provenienti dal post-combustore 58 sono quindi inviati ad un filtro 60 che trattiene eventuali polveri contenute nei fumi stessi, che vengono riportate attraverso un condotto 62 al granulatore 44.

Il granulato, in uscita dal forno di cottura 52 (freccia F3), presenta un peso specifico apparente contenuto di circa 1,1-1,3Kg/dm<3>ed à ̈ privo di sostanze organiche.

In una forma di realizzazione alternativa l’operazione di granulazione ed essicazione può avvenire in un’unica apparecchiatura, quale quella denominata spry-dry.

In detta apparecchiatura si predispongono mezzi per la spruzzatura della miscela, comprendente fango e legante, con l’eventuale aggiunta di minerale argilloso o di ossido di zinco, generando in questo modo delle gocce di miscela, in una corrente d’aria a temperatura elevata che toglie gran parte dell’umidità presente generando i granuli, che in questo caso hanno dimensione normalmente inferiore ad 1 mm.

In questa forma di realizzazione dell’invenzione non à ̈ più necessario l’utilizzo di un pre-essiccatore, poiché la spruzzatura richiede una miscela comprendente fango e legante abbastanza fluida.

Il vantaggio conseguito attraverso la presente invenzione à ̈ l’ottenimento di un prodotto finale in granuli esenti da componenti organici, adatto a molteplici applicazioni nell’edilizia; ad esempio può essere usato nella produzione di calcestruzzi leggeri oppure per la realizzazione di riempimenti. I granuli possono pure essere utilizzati per la fabbricazione di lapidei agglomerati.

Un ulteriore vantaggio della presente invenzione à ̈ che il granulato ottenuto, nel caso di eccesso di produzione dello stesso, può essere smaltito con estrema facilità e destinato ad una discarica per materiale inerte, in quanto non si presenta sottoforma di polvere e non contiene materiali organici.

Si realizza così un processo privo di residui di lavorazione, eliminando quindi il problema ed il costo dello smaltimento in discariche speciali dei rifiuti contenenti componenti organici.

Il processo di fabbricazione del materiale agglomerato lapideo, in particolare lastre e blocchi Bretonstone, risulta perciò un processo maggiormente rispettoso dell’ambiente, soprattutto se la resina usata à ̈ di tipo vegetale come descritto nella domanda di brevetto PCT/IB2007/051949

È assai importante rilevare che la resina contenuta nei fanghi di lapidei agglomerati, durante il processo, funge da combustibile, per cui il bilancio energetico risulta quasi in pareggio. In altri termini, il calore generato dalla combustione della resina contenuta nei fanghi à ̈ quasi sufficiente per assicurare l’evaporazione di tutta l’acqua ed il riscaldamento dei residuo secco fino a circa 450-600° C.

I gas generati nella fase di calcinazione e successiva postcombustione possono inoltre attraversare uno scambiatore di calore, così da recuperare il calore contenuto in essi ed impiegarlo per preriscaldare l’aria necessaria alla fase di essiccazione. La richiesta di energia per questa fase del trattamento à ̈ quindi sensibilmente ridotta.

L’invenzione à ̈ stata descritta con riferimento a forme di realizzazione preferite, ma modifiche e varianti concettualmente equivalenti sono possibili e prevedibili.

Ad esempio per la formazione di granuli, il fango concentrato ed addizionato di legante inorganico può essere trasformato in granuli mediante un processo noto di pellettizzazione.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il trattamento e l’utilizzo di fanghi comprendenti gli sfridi di lavorazione di lastre o blocchi di materiale lapideo, ceramico o di materiale lapideo agglomerato, in cui i fanghi di lavorazione sono sottoposti ad almeno una fase di eliminazione meccanica del contenuto di acqua con ottenimento di un fango concentrato, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: (a) miscelazione del fango concentrato con un legante inorganico in soluzione acquosa; (b) riduzione della miscela così ottenuta in granuli; (c) essicazione della miscela granulosa per evaporazione dell’acqua contenuta; (d) riscaldamento e mantenimento dei granuli essiccati ad una temperatura sufficiente a rendere insolubile il legante inorganico ed eliminare per combustione le eventuali sostanze organiche contenute nei granuli.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto legante inorganico à ̈ una soluzione acquosa di un silicato di un metallo alcalino quale sodio o potassio.
3. 3. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di pre-essiccazione prima della fase (a) di miscelazione del fango concentrato con un legante inorganico in soluzione acquosa.
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la fase (b) di riduzione della miscela in granuli e la fase (c) di essicazione, avvengono in una stessa apparecchiatura mediante una spruzzatura della miscela di fango e legante inorganico in una corrente d’aria a temperatura elevata.
5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che durante la fase (a) di miscelazione si aggiunge materiale argilloso e/o ossido di zinco.
6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che detta fase (d) di riscaldamento del fango essiccato viene condotta a una temperatura compresa fra 400°C e 650°C e per un tempo di almeno dieci minuti.
7. 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che le polveri contenute nei fumi prodotti durante la fase (d) di riscaldamento vengono recuperate e riportate alla fase di granulazione.
8. 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che i granuli ottenuti hanno diametro inferiore a 5mm.
9. 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che l’acqua recuperata nel processo di trattamento dei fanghi viene riciclata nella lavorazione delle lastre o blocchi di materiale lapideo o materiale agglomerato lapideo.
10. 10. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che detti granuli vengono impiegati come carica per la produzione di lastre o blocchi e/o per calcestruzzi nell’edilizia.
11. 11. Granulato esente da composti organici ottenuto con il procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 10.
12. 12. Impianto per il trattamento di fanghi comprendenti gli sfridi della lavorazione di lastre o blocchi di materiale lapideo o ceramico o agglomerato lapideo, comprendente un decantatore (24) ed un concentratore (34) per l’ottenimento di fanghi concentrati, caratterizzato per il fatto che, a valle di detto concentratore (34) comprende un granulatore (44) per la riduzione in granuli di una miscela formata da detto fango concentrato e da un legante inorganico in soluzione acquosa; un essiccatoio (50) per l’essicazione dei granuli; e un forno di cottura (52) adatto a riscaldare e mantenere i granuli essiccati ad una temperatura sufficiente a rendere insolubile il legante inorganico ed eliminare per combustione le sostanze organiche contenute nei granuli.
13. 13. Impianto secondo la precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto di comprendere a monte di detto granulatore (44) un pre-essiccatore (40) adatto a ridurre l’umidità dei fanghi in entrata al granulatore (44) ad un valore inferiore al 16%.
14. 14. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazione 12 o 13, caratterizzato dal fatto che detto granulatore (44) e detto essiccatoio (50) sono sostituiti da un’unica apparecchiatura comprendente mezzi per la spruzzatura della miscela di fango e legante inorganico in una corrente d’aria a temperatura elevata.
15. 15. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 14, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno uno dei seguenti dispositivi: - un postcombustore (58), a valle di detto forno di cottura (52), operante a temperature idonee ad assicurare che i fumi prodotti dal forno di cottura (52) non contengano sostanze tossiche quali la diossina e quindi a una temperatura dell’ordine di 650-850°C; - un filtro (60) delle polveri risultanti da detto forno di cottura (52); - mezzi di raccolta dell’acqua ricavata da detto decantatore (24), da detto concentratore (34) e da detto essiccatoio (50) e condotti (26, 28, 35, 56) di trasferimento di detta acqua alla stessa lavorazione di lastre o blocchi di materiale lapideo o ceramico o materiale agglomerato lapideo.