Il recupero delle ceneri degli RSU per l’industria del cemento

La questione dei rifiuti solidi urbani è un problema che riguarda in particolar modo le società industrializzate e tecnologicamente più avanzate. Lo smaltimento dei rifiuti urbani diventa sempre più difficile. La popolazione cresce e con essa la produzione e il consumo di beni. Essi a loro volta hanno una durata della vita utile sempre più breve, per questioni di profitto delle aziende. La composizione merceologica degli RSU (Residui Solidi Urbani) è caratterizzata dalla presenza di svariati materiali. Si tratta di materiali cellulosici, organici, come scarti alimentari, animali e vegetali, plastici, vetrosi, inerti, tessili, legnosi e metallici, nonchè un sottovaglio (<20 mm) proveniente dalle operazioni di vagliatura degli RSU. Essi sono scorie e ceneri per la produzione del cemento.

Lo smaltimento degli RSU

Una soluzione adottata per risolvere il problema dello smaltimento degli RSU, consiste nel bruciare ciò che viene introdotto in discarica. Tale operazione avviene tramite appositi impianti di incenerimento:

• scorie (bottom ash o ceneri pesanti);
• ceneri volanti (fly ash);

Le scorie

Le caratteristiche dei residui dipendono dal tipo di rifiuto in entrata. Esso a sua volta, deriva dal tipo di raccolta differenziata, dalle variazioni stagionali, dal tipo di combustibile e dalle modalità di combustione. Le caratteristiche delle ceneri sono legate al contenuto di metalli tossici, di microinquinanti organoclorurati e alla loro solubilità in acqua. Le scorie sono formate dal materiale che si deposita sul fondo della camera di combustione. A livello macroscopico le scorie hanno tipicamente una struttura amorfa dovuta al rapido raffreddamento in acqua negli impianti d’incenerimento.

Le ceneri volanti

Le ceneri volanti per il cemento, invece, sono costituite dal materiale che si deposita a valle della camera di combustione e si possono dividere in:

• ceneri di caldaia, provenienti dalla periodica rimozione delle incrostazioni dei tubi della caldaia per il recupero energetico e hanno consistenza viscosa;
• ceneri volanti da depolverizzatori, formate quasi totalmente da composti inorganici;
• residui di assorbimento di gas acidi;
• fanghi di trattamento di sistemi a umido;

Questi ultimi sono risultanti dalla depurazione degli spurghi della torre di lavaggio e dai successivi trattamenti di neutralizzazione con additivi alcalinizzanti del residuo.

Dalle ceneri al cemento: pro

Per verificare gli effetti delle ceneri sul calcestruzzo, vengono confezionati dei calcestruzzi con il 30% di cenere pesante, macinata a secco e a umido. Le proprietà di questi calcestruzzi sono state confrontate con quelle di calcestruzzi tradizionali.

La lavorabilità

Il primo risultato è la riduzione della lavorabilità, particolarmente pronunciata nel caso di aggiunta di scorie macinate. Questo effetto può essere attribuito alla forte tendenza dei residui ad assorbire acqua, accompagnata da una forma irregolare dei grani macinati. È stato sufficiente aggiungere adeguate quantità di additivi superfluidificanti per rendere lavorabile l’impasto.

È possibile ottenere una lavorabilità uguale a quella di un materiale cementizio tradizionale, a condizione di utilizzare una quantità di superfluidificante maggiore.

La resistenza a compressione

Per la resistenza a compressione, si sono confrontate le prestazioni dei calcestruzzi additivati da ceneri e quelli di controllo (vedi tabella sopra). Il calcestruzzo tradizionale presenta una densità intorno a 2400 kg/m³ e una resistenza a compressione di circa 64 MPa. I calcestruzzi con ceneri volanti presentano resistenze inferiori rispetto al calcestruzzo tradizionale; si tratta di resistenze di 43.5 MPa contro 53.4 MPa.

L’aggiunta delle ceneri pesanti, macinate a secco, permette di confezionare un calcestruzzo che manifesta, successivamente all’indurimento, un’evidente espansione, visibile anche ad occhio nudo. Questo pur avendo allo stato fresco proprietà confrontabili con quella degli altri calcestruzzi. A causa di tale espansione la densità del calcestruzzo indurito diminuisce a 2260 kg/m³ (vedi tabella di cui sopra). Sorprendentemente non avviene nessuna espansione nei calcestruzzi confezionati con cenere macinate a umido. Dopo la macinazione, quindi, le particelle di alluminio metallico presenti nello slurry vengono progressivamente consumate (e quindi si sviluppa idrogeno all’interno dello slurry). A questo punto lo slurry non è più in grado di sviluppare idrogeno. Può essere quindi introdotto nell’impasto di calcestruzzo senza rischio di formazione di bolle.

I Geopolimeri

I Geopolimeri sono un sistema legante alternativo ecocompatibile, realizzato a partire da prodotti di scarto secondari disponibili in tutto il mondo in grandi quantità. La produzione su vasta scala, qualora fosse attuata, porterebbe a una notevole riduzione dell’impatto ambientale rispetto ai leganti tradizionali. Le proprietà chimico-fisiche e microstrutturali di questa classe di materiali hanno sviluppato un enorme interesse per numerose applicazioni.

A cura di Annalaura Antonelli