ITVE20110079A1 - Composizione vetrificabile da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati e metodo per il riutilizzo di detti scarti - Google Patents
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Description
COMPOSIZIONE VETRIFICABILE DA RESIDUI DI LAVORAZIONE DEI MATERIALI
LAPIDEI ALLUMINOSILICATI E METODO PER IL RIUTILIZZO DI DETTI SCARTI
Descrizione
Il presente trovato riguarda una composizione vetrificabile ottenuta a partire dai residui risultanti dalle lavorazioni (taglio, lucidatura, ecc.) dei materiali lapidei di natura magmatica o metamorfica a base silico-alluminatica come ad esempio graniti, porfidi, gneiss, dioriti ed altri.
Il trovato dischiude inoltre il metodo per preparare detta composizione e, più in generale, un metodo per ricavare da detti scarti di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati ulteriori composti chimici e materiali di interesse commerciale riutilizzabili in diverse applicazioni allo scopo di risparmiare materia prima ed evitare, o quantomeno limitare al minimo, il conferimento in discarica di detti scarti di lavorazione.
Con il termine vetro si identifica un materiale solido amorfo, o più correttamente un fluido rigido ad altissima viscosità , nel quale l’organizzazione spaziale delle unità strutturali à ̈ priva dell’ordine geometrico caratteristico dello stato cristallino. Non esiste per tale materiale una composizione tipo ma una molteplicità di composizioni nelle quali ciascun componente conferisce al materiale vetroso una o più specifiche caratteristiche fisico-chimiche che ne determinano il suo campo di utilizzo.
La composizione della miscela vetrificabile determina la temperatura di fusione che normalmente per i vetri oggi in commercio si aggira tra i 1300 e i 1500 °C.
Nei vetri cosiddetti alluminati, l’elevata concentrazione di allumina Al203conferisce al materiale vetroso alcune peculiari caratteristiche quali l’elevata resistenza chimica (l’allumina risulta essere infatti, rispetto alla silice, difficilmente aggredibile dalle sostanze fortemente basiche); la diminuzione del coefficiente di dilatazione termica; una maggior resistenza alla devetrificazione; un aumento della viscosità del materiale vetroso; la riduzione della temperatura di fusione del materiale vetroso (contrariamente alla silice l’alluminia non si comporta da materiale refrattario e pertanto richiede per la sua fusione una temperatura inferiore).
Per queste caratteristiche i vetri ad alto tenore di Al203sono particolarmente indicati nella produzione di fibre e nella produzione di vetrocemento o comunque di manufatti in vetro utilizzati come componenti edili.
Nelle composizioni vetrificabili assumono inoltre un ruolo fondamentale i composti cosiddetti stabilizzanti e fondenti. I primi garantiscono il mantenimento dello stato amorfo, impedendo la tendenza dei costituenti del vetro a cristallizzare; i secondi composti abbassano il punto di fusione della composizione vetrificabile semplificando il processo produttivo.
Normalmente la composizione vetrificabile da sottoporre a fusione viene preparata a partire dai composti chimici puri, mentre solo una frazione limitata della composizione deriva da vetro riciclato. Anche i composti stabilizzanti e fondenti vengono aggiunti alla composizione da sottoporre a vetrificazione. Questa circostanza implica un elevato dispendio nel prelievo di materie prime.
Il granito à ̈ una roccia ignea intrusiva felsica, che si à ̈ formato a seguito del lento raffreddamento di un magma che si à ̈ intruso a profondità comprese tra 1 ,5 e 50 km.
Con il termine materiali lapidei a base silico-alluminatica si identificano tutti i tipi di rocce di origine magmatica e metamorfica costituiti principalmente da silicati, silico-alluminati e quarzo (graniti, dioriti, porfidi, gneiss, trachiti ecc). Queste tipologie di rocce pur essendo tra loro molto differenti per composizione mineralogica non risultano differire significativamente per quanto riguarda la composizione chimica elementare. A titolo di esempio, quale composizione media di questi materiali viene riportata la composizione media dei graniti, ottenuta da Harvey Blatt and Robert J. Tracy ("Petrology" 1996) analizzando 2485 campioni provenienti da tutto il mondo (la percentuale di Si02si riferisce a tutti gli ossidi di silicio presenti, quindi anche quelli presenti nei silicati e non soltanto al quarzo) Ã ̈, in ordine decrescente, la seguente: Si0272,04%, AI2O314,42%, K20 4,12%, Na20 3,69%, CaO 1,82%, FeO 1,68%, Fe2031,22%, MgO 0,71%, TiO20,30%, P2O50,12%, MnO 0,05%.
Attualmente gli scarti delle lavorazioni dei materiali lapidei a base silico-alluminatica, vengono smaltiti con il semplice conferimento in apposite discariche senza alcun trattamento. Questi scarti sono generati dalle operazioni di taglio e dalle successive lavorazioni di finitura nella realizzazione di semilavorati o prodotti finiti destinati al settore dei rivestimenti in edilizia, dell’arredo, dell'arte funeraria o in generale a tutte le applicazioni previste per detti materiali. Tale scarto si presenta come un miscuglio omogeneo contenente una frazione rilevante di acqua la cui composizione dipende dal tipo di materiale lapideo lavorato e dalla tipologia di lavorazioni effettuate e dalle quali dipendono la presenza di sostanze contaminanti, come residui di metalli pesanti 0 idrocarburi presenti negli utensili e nelle attrezzature nonché dei prodotti chimici usati durante i processi di lavorazione.
Il quadro normativo italiano e comunitario ("Landfill Directive" e “New Waste Framework Directive") e la presenza di dette sostanze contaminanti impediscono l'interramento di detti scarti, ad esempio per il ripristino di cave, attività , questa, finora tollerata.
I quantitativi di scarto prodotti anche da un piccolo laboratorio artigianale di lavorazioni lapidee sono considerevoli e generano un impatto ambientale non trascurabile. Il recupero dei materiali di scarto evita tale discarico, conseguendo un primo beneficio economico, e permette anche un notevole risparmio dei costi di smaltimento, ma à ̈ reso difficoltoso dall'assenza di un sistema integrato di raccolta differenziato dello scarto e di trattamento sul posto di produzione dello scarto. Il recupero inoltre promuove il riutilizzo del rifiuto stesso, sottoforma di "materia prima secondaria", per ridurre il prelievo di materie prime in coerenza al principio di prevenzione della produzione di rifiuti e del recupero dei residui.
Allo stato dell’arte non sono noti metodi per ricavare composizioni vetrificabili a partire da detti scarti di lavorazione di materiali lapidei a base silico-alluminatica, come ad esempio graniti, porfidi, gneiss o dioriti.
Compito principale del presente trovato à ̈ quello di realizzare una composizione vetrificabile da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati caratterizzata da un elevato tenore di allumina Al203, e da una temperatura di vetrificazione inferiore rispetto a quelle note allo stato dell’arte;
Nell’ambito del compito principale sopra esposto, un importante scopo del presente trovato à ̈ quello di mettere a punto un metodo per realizzare una composizione vetrificabile da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati.
Ulteriormente, nell’ambito del compito principale sopra esposto, un importante scopo del presente trovato à ̈ quello di preparare una composizione vetrificabile da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati idonea alla produzione sia di particolari tipologie di vetro ideali per il settore edile (es. vetrocemento, fibra di vetro, vetro cellulare) che di vetro per usi comuni, o speciali come nella vetrificazione di ceneri, prodotte da impianti di termovalorizzazione.
Ancora, nell’ambito del compito principale sopra esposto, un importante scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un metodo per il riutilizzo degli scarti della lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati in grado di fornire, oltre alla composizione vetrificabile, anche materiali ferromagnetici, materiali abrasivi, solfato di alluminio ed altri materiali riutilizzabili in diverse applicazioni.
Ulteriormente, ne ambito del compito principale sopra esposto, un importante scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare una composizione vetrificabile da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati ed un metodo per la produzione della stessa qualsiasi sia la provenienza e la composizione di detti scarti di lavorazione.
Non ultimo, neH’ambito del compito principale sopra esposto, un importante scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare una composizione vetrificabile da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati ed un metodo per la produzione della stessa, in grado di concretizzare un’elevata integrazione di filiera dall’area di produzione dello scarto della lavorazione, al conferimento nel luogo di trattamento, e dunque di ridurre al minimo il conferimento in discarica di detti scarti della lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati. Infine, un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare una composizione vetrificabile da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati ed un metodo per la produzione della stessa in grado di essere attuato con tecnologie note.
Questi ed altri scopi ancora, che più chiaramente appariranno in seguito, vengono raggiunti da una composizione vetrificabile ad elevato tenore di allumina caratterizzata dal fatto di essere ottenuta mediante un processo di recupero dei residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati in grado di fornire, oltre a detta composizione vetrificabile, anche materiali ferromagnetici, materiali abrasivi, solfato di alluminio ed altri materiali riutilizzabili in diverse applicazioni.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato, come pure il metodo di preparazione di detta composizione vetrificabile, e di altri composti chimici utili, risulteranno maggiormente all’esperto neH'arte dalla descrizione di due sue forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, illustrate a titolo indicativo e non limitativo nelle unite tavole di disegni, in cui:
la tabella 1 rappresenta una composizione esemplificativa di un materiale vetroso ottenuto a partire da residui di lavorazione di un tipico materiale lapideo alluminosilicato, secondo il presente trovato nella sua prima forma realizzativa;
la figura 1 rappresenta uno schema esemplificativo di un processo per la produzione di una composizione vetrificabile da scarti di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati secondo il presente trovato nella sua prima forma realizzativa;
- la figura 2 rappresenta uno schema esemplificativo di un processo per la produzione di materiale ferromagnetico da scarti di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati secondo il presente trovato nella sua prima forma realizzativa;
la figura 3 rappresenta uno schema esemplificativo di un processo per la produzione di una composizione vetrificabile ad elevato tenore di allumina ottenuta da scarti di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati secondo il presente trovato nella sua seconda forma realizzativa.
- la figura 4 rappresenta uno schema esemplificativo di un processo per la produzione di solfato di alluminio AI2(S04)3, secco ed in soluzione normalizzata da scarti di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati secondo il presente trovato nella sua seconda forma realizzativa.
Con riferimento alla tabella 1 precedentemente citata, una composizione vetrificabile basso fondente secondo il presente trovato, caratterizzata dal fatto di essere ottenuta da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati e preferibilmente idonea alla produzione di fibra di vetro, vetrocemento, vetro cellulare, vetro artistico e vetri chimici speciali, e vetri per la vetrificazione di ceneri viene indicata nella sua prima forma realizzativa con il numero (31). A titolo esemplificativo e non limitativo del presente trovato, detta composizione vetrificabile (31) ottenuta con il metodo (1), secondo il presente trovato, a partire da residui di lavorazione (11) di diverse tipologie di materiali lapidei a base silico-alluminatica, à ̈ stata sottoposta a fusione alcalina ad una temperatura di circa 1100 °C previa aggiunta di composti fondenti e stabilizzanti (13), preferibilmente 38 Kg di soda Na2C03, 12 Kg di calce Ca(OH)2, 4 Kg di nitrato di sodio NaN03e 4 Kg di nitrato di potassio KN03, (per 100 Kg di miscela vetrificabile), portando, inaspettatamente, alla formazione di un materiale vetroso stabile il quale, sottoposto ad un’analisi elementare mediante spettrometria a fluorescenza di raggi X secondo quanto previsto dal metodo analitico EPA 6200/98, à ̈ risultato avere la composizione riportata nell’Esempio A della Tabella 1 (espressa negli ossidi equivalenti valori espressi in % p/p): SiO2(60.90), AI2O3(10.68), CaO (9.81), Na2O (9.58), K2O (4.37), e Fe2O3(1.97) ed altri costituenti in percentuale inferiore all’1.0 % p/p.
La composizione del materiale vetroso utilizzando come materia prima dei resìdui di lavorazione dei materiali lapidei a base silico-alluminatica preventivamente trattati con acido cloridrico (Esempio B in Tabella 1), espressa sul secco negli ossidi equivalenti, à ̈ risultata essere la seguente (valori espressi in % p/p): SiO2(60.89), Al2O3(11.31), CaO (9.38), Na2O (9.24), K20 (4.43), e Fe203(1.11), MgO (1.13) ed altri costituenti in percentuale inferiore all’ 1.0 % p/p.
In tale prima forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa de! presente trovato, in modo inaspettato la composizione (31) vetrifica convenientemente ad una temperatura inferiore rispetto alla tipica temperatura (circa 1350 °C) alla quale vetrificano molti materiali vetrosi di uso comune.
Inoltre si à ̈ sperimentalmente riscontrato come la vetrificazione di detta composizione (31) avviene utilizzando una quantità di composti fondenti e stabilizzanti (13) significantemente inferiore a quella normalmente richiesta in quanto detti composti (13) sono in parte già presenti all'interno dei residui di lavorazione (11) dei materiali lapidei alluminosilicati ovvero sono liberati durante il processo di fusione alcalina. L’elevata concentrazione di allumina Al203che in svariati casi viene addizionata nella miscela di fusione ma che nel caso di utilizzo dei residui di lavorazione dei materiali lapidei a base silico-alluminatica, risulta essere già presente nella materia prima, conferisce al materiale vetroso alcune peculiari caratteristiche quali l’elevata resistenza chimica; diminuzione del coefficiente di dilatazione termica e della tendenza alla devetrificazione; aumento della viscosità del materiale vetroso. L'elevata concentrazione degli ossi di ferro conferisce invece al materiale vetroso solamente una marcata dominanza cromatica senza modificare però le sue caratteristiche fisico meccaniche.
Tali caratteristiche fisico-chimiche rendono la composizione (31), da intendersi esemplificativa e non limitativa dei presente trovato, particolarmente adatta alla produzione di fibra di vetro, vetrocemento, vetro cellulare, vetri chimici speciali.
Inoltre i residui provenienti dalla lavorazione dei materiali lapidei a base silico-alluminatica miscelandoli con altre materie prime (silice pura, borace, ossidi di piombo ecc), possono essere utilizzati per la produzione di altri tipi di vetro utilizzati in specifici settori come quello del vetro artistico. A tale scopo presso una fornace artistica di Murano, sono state condotte alcune prove di lavorazione su campioni di vetri ottenuti mediante fusione alcalina della composizione vetrificabile (31) dischiusa nella precedente Tabella 1. Il quantitativo di silice SiO2normalmente utilizzato dai maestri artigiani à ̈ stato sostituito con una quantità all’incirca uguale della composizione vetrificabile (31), sia tal quale che ottenuta dopo trattamento con acido cloridrico, alla quale sono stati aggiunti i quantitativi di soda, calce, nitrato di sodio, nitrato di potassio e borace previsti dalla loro ricetta usuale. Inaspettatamente, tali prove hanno sperimentalmente dimostrato come detti materiali vetrosi (31) abbiamo caratteristiche fisico meccaniche idonee alle lavorazioni di stampaggio, soffiatura, tempera, molatura e lavorazioni a mano per la produzione di vasi e bicchieri ed altri oggetti artistici. In particolare, si à ̈ riscontrato come allo stato fluido, tale composizione (31) risulti essere più morbida ed elastica di quelle note allo stato deil'arte; tali caratteristiche si sono mantenute durante le fasi di soffiatura e stampo e si à ̈ riscontrata una scarsa tendenza alla formazione di cricche o scheggiature; la resistenza alla tempra ed alla lavorazione di incisione appare molto buona. La composizione vetrificabile basso fondente (31) ottenuta da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati (11) dischiusa nella precedente Tabella 1 à ̈ stata preparata attraverso il metodo che, con riferimento alle figure precedentemente citate, viene indicato nella sua prima forma realizzativa complessivamente con il numero (1).
In tale prima forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa del medesimo, tale metodo per il recupero degli scarti comprende le fasi di seguito descritte.
Fase 1 : Raccolta e conferimento degli scarti (10)
Con riferimento alla figura 1, gli scarti delle lavorazioni dei materiali lapidei alluminosilicati (11), siano essi residui di attività estrattiva, di processi di taglio, di lucidatura o di qualsiasi altra natura, vengono dapprima raccolti nei luoghi di produzione ed eventualmente conferiti presso altro centro per il processo di recupero (1). Detti scarti (11) possono essere una mescolanza di scarti di lavorazione di di qualsiasi tipo di rocce purché a base silicoalluminatica. Detta mescolanza si presenta in forma di fango, a granulometria fine, con un rilevante contenuto di acqua, che non richiede sostanziali pretrattamenti salvo l’eventuale aggiustamento del contenuto in acqua (12) al fine di ottimizzare il successivo trattamento di deferrizzazione (21).
A titolo esemplificativo, ma non limitativo de! presente trovato, prove analitiche eseguite su una tipica composizione di residui di lavorazione del granito, espressa sul secco negli ossidi equivalenti, comprende i seguenti costituenti: Si02(64.60 % p/p s.s.), Al2O3(13.51 % p/p s.s.), Fe2O3(6.79% p/p s.s.), CaO (5.37% p/p s.s.), Na2O (4.08 % p/p s.s.), K2O (3.94% p/p s.s.) ed altri costituenti minoritari. Dato l’elevato contenuto in acqua di detti scarti (11), à ̈ preferibile che il luogo di conferimento, e trattamento si trovi nelle immediate vicinanze del luogo di produzione dello scarto, preferibilmente presso lo stesso stabilimento o laboratorio artigianale di lavorazioni lapidee o presso un centro localizzato presso la sede di un consorzio di produttori. Nel caso di piccoli quantitativi, il trattamento dei residui (11) può essere realizzato sul posto mediante un impianto trasportabile direttamente sul luogo di produzione.
Fase 2: Separazione della frazione magnetica mediante deferrizzazione (21).
Con riferimento alla figura 1, gli scarti provenienti dalla lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati (11) sono sottoposti ad un processo di deferrizzazione (21) per separare i costituenti magnetici provenienti prevalentemente dall’abrasione degli utensili utilizzati durante le lavorazioni lapidee.
In tale prima forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa del presente trovato, lo scopo può essere raggiunto mediante una deferrizzazione magnetica ad umido mediante un sistema a rulli o a nastro a piastre magnetiche permanenti, o altre tecnologie ben note all'esperto del ramo. Ad esempio detti scarti (11) possono essere trasferiti in una vasca nella quale sono immerse delle piastre magnetiche mobili. I materiali ferromagnetici, presenti nella massa fluida, vengono attratti dalle piastre magnetiche rimanendovi di conseguenza adesi. Successivamente le piastre magnetiche vengono sollevate dalle vasche mediante un sistema automatico e i materiali ferromagnetici rimossi meccanicamente. A titolo esemplificativo, ma non limitativo del presente trovato, dalle prove sperimentali eseguite à ̈ risultata ottimale, per la deferizzazione dei residui dì lavorazione di un tipico materiale lapideo allumino-silicato (11), una piastra con induzione magnetica pari a 1200 Gauss. Tale tipo di piastra consente nei tempi ci contatto utili, infatti un recupero percentuale dei materiali ferromagnetici superiore al 95% ed un contenuto fenomeno di trascinamento degli inerti che risultano essere, nella massa totale separata, nell'ordine massimo del 10 % in peso.
Allo scopo di limitare i così costi di trasporto verso il luogo di trattamento dei residui (11) e l'impatto energetico del processo (1) la deferrizzazione (21) viene preferibilmente effettuata presso il luogo di produzione dello scarto in quanto lo scarto (11) à ̈ ancora umido e la fluidità dei residui lapidei può essere convenientemente corretta agendo sull’impianto di recupero delle acque di processo.
Tramite il processo di deferrizzazione (21) il residuo (11) viene così suddiviso in una frazione metallica (111) ed una frazione priva di composti magnetici (112).
A titolo esemplificativo, ma non limitativo de! presente trovato, prove analitiche eseguite su una tipica composizione di residui di lavorazione del granito privati della frazione magnetica (112), evidenziano la seguente composizione percentuale (espressa sul secco negli ossidi equivalenti): SiO2(67.39 %), Al2O3(14.07 %), Fe2O3(2.91%), CaO (5.62%), Na2O (4.26 %), K2O (4,11%) ed altri costituenti minoritari con percentuali inferiori allo 0.5 % circa.
Fase 3: Preparazione di composizione vetrificabile basso fondente ad alto contenuto di allumina.
Con riferimento alla figura 1 della prima forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa del presente trovato, la frazione di residui lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati deferrizzati RDF (112) à ̈ sottoposta, secondo usuali tecniche note all’esperto del ramo, dapprima ai processi di filtropressatura ed essicazione (281), preferibilmente a 105°C circa al fine di eliminare quantitativamente l’acqua e le sostanze volatili ivi contenute; successivamente la composizione ottenuta, in forma dì sottili frammenti di aspetto polverulento, à ̈ sottoposta ad un blando processo di macinazione (282) finalizzato solamente a rompere gli agglomerati formatisi durante l’essiccazione (281), durante il quale possono essere aggiunti composti fondenti e stabilizzanti (13) o cromofori al fine di ottimizzare la composizione (31) in funzione della specifica destinazione d’uso del materiale vetroso. Convenientemente il quantitativo di detti composti (13) richiesto per una corretta vetrificazione à ̈ significantemente inferiore a quello normalmente richiesto, per i vetri ad alto tenore di Al2O3in quanto detti composti (13) sono in parte già presenti all’interno dei residui di lavorazione (11) dei materiali lapidei alluminosilicati ovvero vengono liberati durante il processo di fusione alcalina. Qualora si intenda ridurre la concentrazione del ferro residuo Fe2O3, e dunque la marcata dominanza cromatica, la composizione (31) può essere sottoposta a lavaggio con acido cloridrico, prima dei processi di filtropressatura ed essicazione (281).
La composizione così preparata può essere vetrificata mediante fusione alcalina in una comune fornace, secondo le tecniche note, ad una temperatura, preferibilmente di circa 1150 °C, significativamente inferiore a quella normalmente utilizzate.
In una seconda forma realizzativa del presente trovato, rappresentata in figura 2 ed ivi indicata con il numero (2), la produzione della composizione (31) vetrificabile basso fondente, secondo il presente trovato, può essere abbinata ad ulteriori trattamenti (20) di seguito descritti, a titolo esemplificativo e non limitativo del medesimo trovato, per recuperare altri composti chimici (30) dai residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati (11) riutilizzabili in diverse applicazioni evitando così, o quantomeno limitando a! minimo, il conferimento in discarica di detti scarti di lavorazione.
Fase 4.1: Recupero di composti magnetici (32).
Con riferimento alla figura 3, della seconda forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa del presente trovato, la frazione magnetica M (111), dopo essere stata sottoposta ad un trattamento (20) comprendente i processi di essicazione (29) e vagliatura selettiva (26). Il risultato di detto trattamento (20) à ̈ la separazione delle diverse frazioni granulometriche IVL, .., MN(32) delle particelle ferromagnetiche se in funzione della destinazione d’uso del materiale ferromagnetico (32) così recuperato.
Preferibilmente i trattamenti di essicazione (29), e di vagliatura selettiva (26) possono essere realizzati, rispettivamente, mediante un comune essiccatore ed un sistema meccanico di setacciatura a maglie progressive o altre tecniche note all’esperto del ramo. Convenientemente la produzione di particelle ferromagnetiche (32) da residui di lavorazione del granito mediante il processo (1,2), secondo il presente trovato, presenta una distribuzione dimensionale più “piccata†che rendono tale polvere utilizzabile in modo più immediato rispetto ad altri processi noti allo stato de arte.
Il materiale ferromagnetico (32) così recuperato può essere utilizzato in varie applicazioni ad esempio la frazione grossolana in ambito siderurgico, mentre la frazione setacciata come carica per materie plastiche, oppure nella produzione di pitture e vernici, o nella filtrazione acque Gfh.
A titolo esemplificativo, ma non limitativo del presente trovato, prove analitiche con metodo fisico/ponderale sperimentale eseguite su detta frazione magnetica (111) proveniente da una tipica composizione di residui di lavorazione di materiali lapidei a base silicoalluminatica, presenta un’elevata concentrazione di materiali ferromagnetici: Fe2O3(83.11 % p/p s.s.), SiO2(9.07 % p/p s.s.), Al2O3(2.34 % p/p s.s.), TiO2(2.02 % p/p s.s.), MnO (0.80% p/p s.s.) ed altri costituenti minoritari in percentuale p/p s.s. inferiore allo 0,5% circa.
Fase 4.2: Recupero di miscela silice-allumina.
Con riferimento alla figura 3, della seconda forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa del presente trovato, i residui deferrizzati RDF (211), sono sottoposti ad un trattamento (20) comprendente i processi di filtropressatura (280), essicazione (281) e macinazione (282), secondo usuali tecniche note all’esperto del ramo, il risultato di detto trattamento (20) à ̈ una miscela silice-allumina (33) che può trovare impiego in diverse applicazioni. A titolo esemplificativo, ma non limitativo del presente trovato, nella produzione di abrasivi (a secco, ad umido, in pasta o in sospensione); nel trattamento delle acque oppure come coadiuvante per la filtropressatura di acque di processo; o come fonte di feldspati per industria ceramica; per l’inertizzazione di scorie e ceneri da termodistruzione.
Fase 4.3: Recupero di solfato di alluminio in soluzione e del corrispondente sale solido Con riferimento alla figura 4, della seconda forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa del presente trovato, i residui deferrizzati RDF (211), sono sottoposti ad un trattamento (20) comprendente i processi di premiscelazione (121) e di mineralizzazione acida (25). Detta premiscelazione (121) mediante una soluzione di solfato di alluminio (34) consente di ottenere una miscela sufficientemente fluida da poter essere agevolmente trasferita al reattore di mineralizzazione acida (25). Nel reattore gli scarti RDF (211) premiscelati vengono fatti reagire a caldo con una soluzione concentrata di acido solforico (22); successivamente, a reazione avvenuta, la miscela viene diluita con acqua demineralizzata (12) in quantità sufficiente a portare la concentrazione della soluzione ottenuta ad un valore immediatamente superiore alla soglia di saturazione che il tecnico esperto del ramo à ̈ in grado di valutare. In tale seconda forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa del trovato, all'interno del reattore di mineralizzazione acida (25) l’allumina Al2O3presente negli scarti RDF (211) reagisce con l’acido solforico (22), secondo la reazione:
Al2O3+ 3 H2SO4→ AI2(SO )3+ 3 H2O
portando così alla formazione di una soluzione di solfato di alluminio (34) e di un corpo di fondo (254) che può essere utilizzato per la produzione di miscele vetrificabili a basso contenuto di allumina (36), attraverso, preferibilmente, filtropressatura (255) e macinazione (256); il processo lascia infine un materiale inerte non reagito (37) che rappresenta l’unico composto generato dal processo di trattamento (1,2) qui dischiuso da conferire in discarica. La soluzione (34) viene trasferita, dopo filtrazione, in un serbatoio e, quindi sottoposta a normalizzazione (251) mediante aggiunta di opportuni quantitativi di acqua demineralizzata (12), in modo da ottenere le concentrazioni richieste per le diverse applicazioni. Attraverso il processo qui descritto si à ̈ sperimentalmente verificato come risulti possibile ottenere, a partire dalla soluzione satura di solfato di alluminio idrato (con 18 molecole di acqua) (34) qualsiasi concentrazione richiesta dal mercato. Le soluzioni di solfato di alluminio (34) ottenute dai residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati (211) hanno caratteristiche tecniche in linea con quelle dei principali prodotti disponibili nel mercato e sono quindi adatte a vari impieghi.
In tale seconda forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa del trovato, dalla soluzione di solfato di alluminio (34) così ottenuta può essere ottenuto il corrispondente sale solido (35), aggiungendo a detto trattamento (20) i processi di essicazione (252) e macinazione (253), preferibilmente mediante un sistema a rulli, ed eventualmente di vagliatura con separazione delle singole frazioni, in funzione della destinazione d’uso del prodotto.
Si à ̈ in pratica constatato come il trovato così descritto porti a soluzione il compito e gli scopi preposti.
In particolare con il seguente trovato si à ̈ realizzata una composizione vetrificabile ottenuta a partire dai residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati e si à ̈ rivelato il metodo di preparazione di detta composizione.
Vantaggiosamente, detta composizione, previa aggiunta di minori quantità di fondenti, Na2CO3, e di stabilizzanti, CaCO3e CaMg(CO3)2, rende economicamente conveniente la produzione di vetro da residui di lavorazione di materiali lapidei alluminosilicati in quanto può essere sensibilmente ridotta la temperatura di fusione e possono essere utilizzate minori quantità di stabilizzanti e fondenti in quanto in parte già presenti all’interno della materia prima. In particolare, la composizione vetrificabile ottenuta a partire dai residui di lavorazione dei materiali silico-alluminatici qui descritta presenta, vantaggiosamente, una temperatura di fusione compresa tra circa 1100 e 1200 °C significatamene inferiore a quella che caratterizza i vetri oggi in commercio (si aggira tra i 1300 e i 1500 °C).
La composizione vetrificabile à ̈ caratterizzata da un elevato tenore di allumina Al2O3ed à ̈ idonea alla produzione di vetro cemento, vetro cellulare (o comunque di manufatti in vetro utilizzati come componenti edili), fibra di vetro come materiale per coibentazione nel settore edilizio. E’ inoltre idonea per inertizzare ceneri prodotte da impianti di termovalorizzazione o vetrificare materiali tossico-nocive.
Infatti queste applicazioni richiedono composizioni vetrificabili con caratteristiche stringenti: basso coefficiente di dilatazione termica per evitare che si creino tensioni tra il materiale vetroso e i materiali lapidei o metallici utilizzati in edilizia (ad esempio nelle malte cementizie fibrorinforzate); elevata resistenza agli agenti chimici, in particolare agli alcali presenti nei leganti cementizi e a base di ossido-idrossido di calcio; bassa tendenza alla devetrificazione ed elevata plasticità durante la fusione/lavorazione.
Queste caratteristiche risultano essere tutte riconducibili alla presenza nel materiale vetroso di un’elevata concentrazione di allumina Al2O3che normalmente viene addizionata nella miscela di fusione ma che, nel caso di utilizzo dei residui di lavorazione di materiali lapidei alluminosilicati risulta essere già presente nella materia prima.
Ulteriormente, il metodo per la realizzazione della composizione vetrificabile qui descritto consente di ottenere altri composti chimici riutilizzabili sotto forma di materie prime secondarie in diverse applicazioni, in particolare materiali ferromagnetici, materiali abrasivi, solfato di alluminio in soluzione ed in forma di sale solido.
Il metodo qui descritto concretizza un’elevata integrazione di filiera dall’area di produzione dello scarto, al luogo di conferimento o trattamento, ai mercati ove tali materie prime secondarie vengono riutilizzate. In questo modo, si evita o quantomeno si limita al minimo, il conferimento in discarica dei residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati come pure il ricorso a materie prime vergini.
Vantaggiosamente la granulometria dei materiali ferromagnetici consente di rendere immediatamente disponibile la polvere magnetica per la specifica applicazione.
Ancora, detta composizione vetrificabile può essere preparata, secondo l’insegnamento qui dischiuso, qualsiasi sia la provenienza e la composizione di detti residui purché provenienti da lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati.
Infine, con il presente trovato si à ̈ messo a punto una composizione vetrificabile da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati ed un metodo per la produzione della stessa che può essere attuato con tecnologie note.
Il trovato così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. Ad esempio, l'ordine delle fasi del processo sopra descritto à ̈ riportato a titolo esemplificativo e può essere modificato secondo la convenienza come pure gli specifici trattamenti chimico-fisici ai quali gli scarti di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati sono sottoposti al fine di ricavare composti chimici e materiali riutilizzabili.
Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni di riferimento sono stati apposti al solo scopo di aumentare l'intelligibilità delle rivendicazioni e di conseguenza tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull'interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento.
Claims (5)
- Rivendicazioni. 1) Composizione vetrificabile basso fondente, preferibilmente idonea alla produzione di fibra di vetro, vetrocemento, vetro cellulare, vetro artistico, vetri chimici speciali e vetri per la vetrificazione di ceneri da impianti industriali, caratterizzata dal fatto di: essere ottenuta a partire da residui di lavorazione (11) dei materiali lapidei alluminosilicati; essere vetrificabile in una comune fornace preferibilmente mediante un processo di fusione alcalina ad una temperatura di circa 1150 °C; richiedere una minore quantità di composti fondenti e stabilizzanti (13), rispetto a composizioni aventi caratteristiche analoghe, essendo detti composti (13) già intrinsecamente presenti in detti residui (11) o liberati durante il processo di fusione, preferibilmente di fusione alcalina.
- 2) Composizione vetrificabile basso fondente secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto di essere ottenuta da residui di lavorazione (11) dei materiali lapidei alluminosilicati e di comprendere: un tenore di Al2O3da circa il 12 percento a circa il 19 percento p/p espressa sul secco negli ossidi equivalenti; un tenore di SiO2da circa il 63 percento a circa il 76 percento p/p, espressa sul secco negli ossidi equivalenti; - un tenore di CaO da circa il 2 percento a circa il 7 percento p/p espressa sul secco negli ossidi equivalenti; un tenore di Na2O da circa il 3 percento a circa il 5 percento p/p espressa sul secco negli ossidi equivalenti.
- 3) Composizione vetrificabile basso fondente secondo la rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto di ulteriormente comprendere composti non presenti in detti residui (11), preferibilmente silice pura, borace, ossidi di piombo, agenti cromofori, allo scopo di rendere detta composizione vetrificabile adatta alla produzione di vetro capace di soddisfare i requisiti fisico meccanici in specifici settori.
- 4) Composizione vetrificabile basso fondente secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detti composti fondenti e stabilizzanti (13), sono preferibilmente carbonato di calcio CaCO3, carbonato doppio di calcio e magnesio CaMg(CO3)2, calce Ca(OH)2lsoda Na2CO3, nitrato di sodio NaNO3e nitrato di potassio KNO3od altri composti chimicamente equivalenti.
- 5) Composizione vetrificabile basso fondente secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dai fatto che la composizione di detti residui (11) à ̈ qualsiasi, purché proveniente da una qualunque lavorazione di materiali lapidei alluminosilicati. ) Metodo per la produzione della composizione vetrificabile (31) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, preferibilmente idoneo alla produzione di fibra di vetro, vetrocemento, vetro cellulare, vetro artistico, vetri chimici speciali e vetri per la vetrificazione di ceneri da impianti industriali, a partire da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicati (11) caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: raccolta e conferimento (10) di detti residui (11) di lavorazione nei luoghi di trattamento; pre-trattamento di detti residui (11) al fine di ottenere una massa fluida costituita da particelle solide di predeterminata granulometria, preferibilmente miscelate con acqua (12), avente viscosità e/o densità predeterminate, detta massa fluida essendo preferibilmente differenziata per tipologia di lavorazione o tipologia di materiale lapideo alluminosilicato; deferrizzazione (21) di detta massa fluida ottenuta al termine della fase precedente al fine di suddividere detta miscela in una frazione ad alto tenore di composti metallici (111) ed una frazione RDF priva di composti metallici (112) preferibilmente mediante un campo magnetico di conveniente intensità e geometria delle linee di campo; recupero (28) dell’acqua di processo (12) della massa fluida deferizzata (112), preferibilmente mediante filtropressatura (280) o essicazione (282) al fine di ottenere una miscela secca (33) ad alto tenore di silice allumina priva di composti metallici; macinazione e miscelazione (282) di detta miscela secca (33) con composti basso fondenti e stabilizzanti (13) al fine di bilanciare i composti stabilizzanti intrinsecamente presenti in detti residui (11), o liberati durante il processo di fusione, e di ottenere così una composizione vetrificabile (31); - fusione di detta composizione vetrificabile (31) in una conveniente fornace preferibilmente mediante un processo di fusione alcalina, in modo da formare una composizione vetrificabile (31) fusa; - formatura di detta composizione vetrificabile (31) fusa, in modo conveniente secondo la destinazione d'uso di detta composizione (31), preferibilmente la produzione di fibra di vetro, vetrocemento, vetro cellulare, vetro artistico e vetri chimici speciali. 7) Metodo per la produzione di una composizione vetrificabile secondo la rivendicazione 6 nel quale i processo di deferrizzazione (21) à ̈ effettuato ad umido mediante un sistema a rulli o a nastro a piastre magnetiche mobili, con induzione magnetica preferibilmente pari a circa 1200 Gauss, mantenendo detti residui (11) in una sospensione acquosa di conveniente densità . 8) Metodo per la produzione di una composizione vetrificabile secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto di fornire mediante convenienti trattamenti (20), oltre a detta composizione vetrificabile (31), anche altri composti chimici (30) riutilizzabili in diverse applicazioni. 9) Metodo per la produzione di una composizione vetrificabile secondo la rivendicazione precedente nel quale detti altri composti chimici (30) comprendono materiali magnetici (32) e detti trattamenti (20) comprendono i processi di filtropressatura od essicazione (29) e di vagliatura selettiva (26) della frazione ad alto tenore di composti metallici (111). 10) Metodo per la produzione di una composizione vetrificabile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, nel quale uno di detti altri composti chimici (30) à ̈ una soluzione di solfato di alluminio AI2(SO4)3(34) e detti trattamenti (20) comprendono i processi di: premisceìazione (121) della frazione priva di composti metallici (112) mediante una soluzione di solfato di alluminio (34); di mineralizzazione acida (25) della miscela così ottenuta, preferibilmente mediante una soluzione concentrata (22) di acido solforico; normalizzazione (251) della soluzione (34) ottenuta al termine della mineralizzazione acida (25). 11) Metodo per la produzione di una composizione vetrificabile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, nel quale uno di detti altri composti chimici (30) à ̈ solfato di alluminio AI2(SO4)3secco (35) e detti trattamenti comprendono i processi di: - premiscelazione (121) della frazione priva di composti metallici (112) mediante una soluzione di solfato di alluminio (34); - di mineralizzazione acida (25) della miscela così ottenuta, preferibilmente mediante una soluzione concentrata (22) di acido solforico; - essicazione (252) di detta soluzione (34) ottenuta al termine della mineralizzazione acida (25). 12) Metodo per la produzione di una composizione vetrificabile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, nel quale uno di detti altri composti chimici (30) à ̈ una miscela silice allumina (33) e detti trattamenti (20) comprendono i processi di essicazione (281) della frazione priva di composti metallici (112). 13) Composizione vetrificabile basso fondente ottenuta a partire da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicatì e metodo per la produzione della stessa, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di essere realizzabile con tecnologie note. 14) Composizione vetrificabile basso fondente ottenuta a partire da residui di lavorazione dei materiali lapidei alluminosilicatì e metodo per la produzione della stessa, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per quanto descritto ed illustrato nelle allegate tavole di disegni.
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