Riciclaggio dei Materiali - Teoria

RICICLAGGIO DEI MATERIALI

Sommario

INTRODUZIONE ..................................................................................................................................... 1

Classificazione dei rifiuti ............................................................................................................................................. 4

Legislazione nazionale in maniera di gestione dei rifiuti ............................................................................................. 6

Separazione di rifiuti indifferenziati ............................................................................................................................ 8

Separatori magnetici ...................................................................................................................................................... 9

Setacci .......................................................................................................................................................................... 11

Separatori per differenza di peso specifico .................................................................................................................. 12

Possibile impiantistica per la separazione dei rifiuti indifferenziati ...........................................................................13

MATERIALI METALLICI ......................................................................................................................... 14

Produzione e riciclaggio dell’acciaio (F +C) ................................................................................................................14

e

Affinazione della ghisa ...............................................................................................................................................22

Produzione e riciclaggio della banda stagnata ...........................................................................................................25

Produzione e riciclaggio dell’Alluminio ......................................................................................................................27

Processo Bayer ............................................................................................................................................................. 28

Processo Hall-Herault ................................................................................................................................................... 29

Produzione e Riciclaggio del Rame ............................................................................................................................30

COMPOSTAGGIO ................................................................................................................................. 35

Quali materiali posso essere avviati al compostaggio? ..............................................................................................35

Fasi del compostaggio ...............................................................................................................................................38

Fasi di gestione del compostaggio .............................................................................................................................39

Microrganismi alla base del compostaggio ................................................................................................................39

Fattori che influenzano il compostaggio ....................................................................................................................40

SOLUZIONE TAMPONE ...............................................................................................................................................45

Reazioni che si verificano nel sistema ........................................................................................................................48

Matrice organica da inviare al compostaggio.............................................................................................................48

Impiantistica del processo di compostaggio. .............................................................................................................50

Compostaggio in cumuli periodicamente rivoltati ....................................................................................................... 51

Compostaggio in cumuli statici aerati .......................................................................................................................... 52

Bioreattori .................................................................................................................................................................... 53

Problemi gestionali del compostaggio .......................................................................................................................56

Perche’ l’humus e’ importante? .................................................................................................................................57

Legame dativo e chelazione .......................................................................................................................................58

Come si può utilizzare il compost? .............................................................................................................................60

Processo produttivo ..................................................................................................................................................66

CARTA E CARTONI ............................................................................................................................... 72

Processo produttivo ..................................................................................................................................................73

BATTERIE D’AUTO ESAUSTE ................................................................................................................ 75

Riciclaggio delle batterie esauste ...............................................................................................................................77

MATERIALI POLIMERICI ....................................................................................................................... 79

Caratteristiche del materiale .....................................................................................................................................79

Produzione dei materiali polimerici termoplastici .....................................................................................................90

Lavorazione dei materiali polimerici termoplastici ....................................................................................................91

Produzione e lavorazione dei materiali polimerici termoindurenti ............................................................................92

Principali materiali polimerici ....................................................................................................................................93

Riciclaggio dei materiali polimerici termoplastici .......................................................................................................97

Riciclaggio dei materiali polimerici termoindurenti ................................................................................................. 103

Introduzione

I materiali che possono essere riciclati facilmente sono le plastiche, i materiali metallici, la carta, il

cartone e il vetro. Casi particolari sono invece i detriti derivanti da materiali di costruzione, le

batterie esauste, gli oli domestici e industriali.

La gestione dei rifiuti è diventato un problema dal secondo dopoguerra; prima la quantità di rifiuti

prodotta era minima e le discariche non erano altro che grandi pattumiere.

Poi si è visto che i rifiuti davano origine a un percolato, generato soprattutto dalla parte umida ei

rifiuti che poteva inquinare la falda acquifera. Quindi anche per lo smaltimento dei rifiuti in discarica

bisogna prendere una serie di accortezze.

Prima il problema non sussisteva perché la popolazione era molto inferiore rispetto ad ora ed

esistevano territori remoti, lontane da zone abitate in cui si accumulavano i rifiuti. Dopo la seconda

guerra mondiale questo non è stato più possibile per l’aumento della popolazione mondiale con i

miglioramenti medici; questo ha portato ad una maggiore produzione dei rifiuti, esasperata dal

consumismo. Prima i beni si aggiustavano, con il secondo dopoguerra i beni venivano prodotti a

prezzo ridotto grazie all’automazione; contemporaneamente è aumentato il costo della

manodopera, grazie all’introduzione di contributi sociali.

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STIPENDI PIÙ ALTI + CONTRIBUTI SOCIALI AUMENTO COSTO DELLA MANODOPERA +

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AUTOMISMO CONSUMISMO AUMENTO DEI RIFIUTI

Con la crescita dei rifiuti la loro gestione è diventata un problema ambientale e i siti dove scaricare

i rifiuti sono diventati sempre meno, soprattutto nei paesi ad alta densità di popolazione come

l’Italia.

Oggi lo smaltimento in discarica è ancora la più economica della procedura di gestione dei rifiuti,

ma ha comunque un costo non trascurabile.

Per la gestione dei rifiuti esistono oggi tre alternative:

1. SMALTIMENTO IN DISCARICA

2. INCENERIMENTO – TERMOVALORIZZAZIONE

3. RICICLAGGIO E RIUSO

Le tre possibilità sono riportate in ordine CRESCENTE DI COSTI, ma anche di attrattività crescente.

1) SMALTIMENTO IN DISCARICA

In passato le discariche erano dei fossi scavati nella crosta terrestre, venivano spesso riutilizzate le

cave di prestito una volta esaurito il materiale da estrarre. Oggi nel progettare una discarica bisogna

analizzare il sottosuolo, prevedere uno strato di materiale che assorbe il percolato, deve esserci il

doppio telo di polietilene, il sistema di captazione e trattamento dei percolati. Bisogna poi ricoprire

i rifiuti con uno strato di terreno e compattare il tutto con i bulldozer, in modo che le emissioni

maleodoranti vengano filtrate dal terreno, grazie a dei microrganismi che elaborano queste

emissioni trasformandole. 1

La vita di una discarica dipende dal suo volume e dal volume che occupano i rifiuti, compattando i

rifiuti la vita della discarica aumenta. Questo problema è particolarmente sentito nei paesi ad alta

densità abitativa.

2) INCENERIMENTO – TERMOVALORIZZAZIONE

I rifiuti vengono portati ad un inceneritore, un termovalorizzatore. I rifiuti vengono conferiti ad un

bruciatore e l’energia termica sviluppata dalla combustione dei rifiuti viene utilizzata per produrre

vapore acqueo che alimenta delle turbine a vapore con cui si muovono delle macchine elettriche

che producono energia.

L’aspetto positivo di questa soluzione è che il volume dei rifiuti diminuisce enormemente; tutto ciò

che brucia si trasforma in composti areiformi che si liberano nell’atmosfera e restano solo le ceneri.

Le ceneri di griglia restano nel bruciatore, quelle volanti vanno via con i fumi di combustione. Le

ceneri fisse (di griglia) sono facili da recuperare, mentre quelle volanti devono essere abbattute con

dei dispositivi: cenere di sedimentazione, cicloni, wet scrubbers, filtri a manica ed elettrofiltri.

CAMERA DI SEDIMENTAZIONE: i fumi passano in una camera per un tempo sufficiente a far

sedimentare le ceneri

CICLONI: la corrente di fluidi di combustione entra in questi dispositivi a forma di imbuto in cui

girano, girando il fluido rallenta e si raccolgono verso il basso le ceneri volatili.

WET SCRUBBERS: sono delle camere in cui entra la corrente di fumi di combustione, si nebulizza

l’acqua sottoforma di goccioline molto fini che cadendo per gravità spazzano via le polveri. Sono

particolarmente efficaci quando nei fluidi di combustione ci sono dei composti acidi, come anidride

solforica o solforosa, in questi casi si nebulizzano soluzioni acquose di idrossido di calcio o di sodio,

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in modo che i gas acidi reagiscono con gli ioni OH trasformandosi in sali.

FILTRI A MANICA: sono dei dispositivi di tessuto a trama molto stretta, la corrente gassosa vi passa

e le particelle vengono trattenute.

ELETTROFILTRI: è composto da una parte metallica esterna e da un filamento interno; si crea una

grande differenza di potenziale tanto da far ionizzare l’aria. Il consumo di energia è ridotto perché

la corrente che passa è molto bassa.

L’aria ionizzata è costituita da ioni positivi e dagli elettroni che vengono strappati all’aria; questi

elettroni nel portarsi dall’elettrodo negativo a quello positivo sul loro percorso impattano nelle

particelle di polveri che si caricano negativamente e vengono attratte dalla parte esterna, caricate

positivamente. Questi dispositivi abbattono bene le polveri della dimensione del micron ed anche

buona parte della PM 10 (1/10 di micron).

Il principale problema della termovalorizzazione sono quindi le ceneri, che una volta abbattute,

possono essere usate come materiale ad aggiunta attiva per il confezionamento di cemento di

miscela.

PERCHÉ UNA PARTE DELLE CENERI RESTA FISSA ED UN’ALTRA VA VIA CON I FUMI?

Perché nel corso della combustione per effetto delle grandi temperature, una piccola parte di quella

che non può bruciare, evapora; appena si allontana dalle zone di altissima temperatura però il

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materiale brina, ritorna solido sottoforma di sferule cave con densità apparente bassissima, che

quindi non sedimentano, ma vengono trascinate via dai fumi.

Altri problemi sono legati al fatto che la reazione di combustione è molto complessa. Le reazioni

non sono mai complete, si possono formare di composti secondari che variano da caso a caso e

possono essere anche molto tossici (tipo le diossine).

Uno dei composti tossici che si formava nei primi inceneritori era la DIOSSINA, composto

cancerogeno; peggio delle diossine ci sono le diossine clorurate e i PCBF (Poli clorinated bifenils).

Questi composti si depositano nella zona intorno all’inceneritore, causando malattie, rovinando i

terreni, danneggiano persone, animali e colture.

Quando ci si è resi conto delle diossine e dei PCBF, sono stati presi degli accorgimenti. Il cloro viene

dalla plastica di cui erano fatti i sacchetti di plastica, il cloruro di polivinile. Dopo l’incenerimento il

cloro lo si ritrova sottoforma di acido cloridrico (HCI) o peggio come PCBF e diossine.

I sacchetti oggi sono in polietilene, che contiene carbonio di idrogeno; inoltre da studi degli ingegneri

chimici si è osservato che se la temperatura della reazione di combustione supera gli 800 °C, ciò che

non reagisce formando composti solubili non crea più sostanze tossiche, ma composti molto meno

pericolosi.

Per raggiungere questa temperatura però non basta il potere calorifico (quantità di calore sviluppata

da 1 kg di combustibile) dei rifiuti; quindi assieme ai rifiuti si brucia del combustibile (gas naturale o

olio combustibile).

Inoltre bisogna pretrattare i rifiuti per eliminare i componenti che fanno abbassare il potere

calorifico, come metalli e frazione umida, mantenendo quelli che lo aumentano come carta, legno

e plastica.

Per far funzionare bene l’inceneritore non vi si devono mandare rifiuti indifferenziati, vanno

arricchiti in carta, legno e plastica, altrimenti aumenta il combustibile da usare e le ceneri prodotte.

N.B. Un termovalorizzatore è uno strumento molto complesso per la cui gestione c’è bisogno di un

personale qualificato; quindi i costi rispetto allo smaltimento in discarica sono maggiori.

3) RICICLAGGIO: utilizzare i materiali di cui è costituito un bene per produrre altri beni, anche diversi

da quelli di partenza.

RIUSO: utilizzo del bene stesso 3

Il riuso è meglio del riciclaggio in quanto recupero non solo il materiale, ma anche il bene. Si

risparmia non solo l’energia per strappare il materiale alla natura, ma anche quella per trasformare

il materiale nel bene. I casi in cui si può riusare un bene però sono molto limitati.

Il riciclaggio o riuso è la soluzione meno impattante, ma anche la più costosa. I processi per mezzo

dei quali si ottiene un materiale riciclato non sono complessi e spesso sono anche meno costosi

rispetto al farlo da materiale vergine; il problema è avere un lotto di rifiuti costituito da un solo

materiale, quindi la vera difficoltà del riciclaggio è la separazione e differenziazione dei rifiuti.

N.B. Non basta mettere insieme ad esempio tutte le materie plastiche, bisogna separare le varie

materie plastiche per ottenere materiale polimerico di qualità.

La separazione può essere fatta al momento del conferimento dei rifiuti con la raccolta differenziata

o separando i rifiuti indifferenziati raccolti. Il riciclaggio o il riuso quindi richiedono costi da sostenere

per organizzare la raccolta del rifiuto, diventa fondamentale con l’ausilio della popolazione.

Non si può pensare di ricorrere ad una sola delle tre opzioni illustrate per la gestione dei rifiuti.

Classificazione dei rifiuti

Una prima classificazione è quella tra rifiuti ORGANICI ed INORGANICI:

RIFIUTI ORGANICI: derivano dal metabolismo o da organismi viventi

RIFIUTI INORGANICI: derivano da altre cose che non siano organismi viventi

Prima si pensava che i composti organici fossero quelli derivanti da organismi viventi e quelli

inorganici dai non viventi. In realtà il tutto dipendeva dagli enzimi, il primo composto di chimica

organica sintetizzato fu l’urea, partendo da un carbonato di ammonio che con l’azione del calore

dava luogo ad acqua urea.

Oggi la chimica organica è quella che riguarda i composti a base di carbonio, mentre quella

inorganica riguarda il resto dei composti.

Questa classificazione dei rifiuti è importante perché tutti i rifiuti organici se abbandonati

nell’ambiente vengono colonizzati dai microrganismi nell’aria, nell’acqua e nei suoli.

I SUOLI sono lo strato superficiali della crosta terrestre, con spessore dai 5 ai 35 metri; sono costituiti

da una parte di materiale inorganico, ma è presente anche sostanza organica in deposizione

(5/25%), che consente la crescita di vegetali.

I microrganismi colonizzano i rifiuti organici, se ne nutrono e lo trasformano in anidride carbonica

CO ed acqua; i rifiuti organici sono biodegradabili. Possiamo distinguere i rifiuti organici facilmente

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degradabili, detti appunto BIODEGRADABILI, da quelli che non vengono degradati facilme