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Tesi triennale - L'impianto di trattamento degli inerti del consorzio Cave Bologna: aspetti tecnici e ambientali Appunti scolastici Premium

Tesi finale dal titolo L'impianto di trattamento degli inerti del consorzio Cave Bologna: aspetti tecnici e ambientali sugli aspetti tecnici ed ambientali dell'operato del Consorzio Cave Bologna nell'ambito del trattamento degli inerti.
voto finale 100/110

Materia di Ingegneria delle materie prime relatore Prof. A. Bonoli

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ESTRATTO DOCUMENTO

I silicati sono i minerali più comuni all’interno della crosta terrestre, il che implica che siano il

costituente principe degli inerti; ne esistono però alcune forme amorfe molto reattive nei confronti

degli alcali presenti nei leganti.

La reazione che si innesca si manifesta attraverso fessurazioni irregolari ed espulsioni localizzate di

malta ed è ritenuta pericolosa poiché si manifesta in tempi molto lunghi (anche un anno dalla messa

in loco del conglomerato), con pesanti conseguenze sulla sicurezza della struttura.

poiché dipende molto dall’umidità della

Inoltre, il fenomeno non è preliminarmente diagnosticabile l’uso di leganti

struttura e quindi è prassi comune tentare di prevenirlo attraverso pozzolanici, a

cementi d’alto forno.

ceneri volanti o a

Gli inerti devono essere privi inoltre di impurità quali:

 limo e argilla: la loro presenza può compromettere l'adesione tra inerte e legante e può far

d’acqua dell’impasto,

aumentare il bisogno venendo ad aumentare la superficie specifica

dell’aggregato, determinando una riduzione della resistenza meccanica del materiale; possono

essere eliminati mediante lavaggio e decantazione;

 materie organiche: possono compromettere il processo di idratazione del conglomerato

rallentando o addirittura riducendo lo sviluppo della resistenza meccanica.

III. Porosità

I pori dell’inerte possono essere chiusi, cioè isolati nella matrice solida, e aperti, cioè comunicanti

tra di loro e con l’estetrno.

I più grandi possono essere osservati a occhio nudo, mentre i più piccoli arrivano ad un minimo di

l’uso di microscopi.

qualche decina di micron, il che rende necessario

La porosità totale n (pori aperti + pori chiusi) è espressa come la frazione o la percentuale di

volume occupata dai pori V rispetto al volume totale del granulo V :

v, t

e ρ

n = = = 1 - = 1 - , dove V sono il volume e la densità della sola parte solida

s s

(campione essiccato completamente polverizzato senza pori), ρ è la densità dell’intero campione

d

essiccato (pori compresi), W è il peso del campione essiccato che corrisponde al peso della parte

s

solida e g è l’accelerazione di gravità (g = 9,81 ).

influenza alcune proprietà basilari dell’inerte come il peso specifico e le caratteristiche

La porosità

meccaniche di resistenza.

La porosità, che più interessa in ambito ingegneristico, è quella aperta; essa può essere determinata

valutando la quantità di acqua che un campione caratteristico di aggregato essiccato in stufa assorbe

dopo 24 ore di immersione in acqua (basta eseguire la differenza tra il peso del campione saturo a

superficie asciutta e quello del campione essiccato).

Può assumere valori compresi tra 0 % e 100 % (estremi ideali): da meno del 2 % per le rocce ignee

intrusive e metamorfiche, fino al 10 - 40 % per quelle sedimentarie.

l’inerte possiede una bassa densità e quindi conferirebbe una

Elevata porosità aperta significa che

scarsa resistenza meccanica al conglomerato, inoltre un inerte molto poroso assorbe consistenti

quantità d’acqua dall’impasto.

L’aggiunta di un aggregato bagnato (i pori sono saturi ed è presente acqua superficiale in eccesso)

quantità d’acqua da utilizzare nell’impasto.

fa diminuire la 20

L’aggiunta di un aggregato asciutto od insaturo (i pori sono asciutti o non completamente riempiti

d’acqua) aumentare l’acqua richiesta dall’impasto,

fa viceversa dovendone utilizzare in quantità

assorbita, anche se quest’aumento non contribuisce ad alterare il

maggiore per compensare la parte

nell’impasto

rapporto acqua/cemento e la resistenza meccanica finale del prodotto.

A questo aspetto si collega il problema della gelività: la tendenza alla fratturazione a seguito di cicli

ripetuti di gelo - disgelo.

La frazione d’acqua contenuta all’interno dei pori può congelare a basse temperature, determinando

disgregazione dell’inerte dall’aumento di

la possibile a causa della pressione idraulica esercitata

%) che l’acqua

volume (9,1 manifesta passando da liquida a solida.

La disgregazione si ha solo se la tensione indotta supera la resistenza meccanica della parte solida

del grano: ad una porosità elevata si accompagna una resistenza meccanica bassa.

Se viceversa la porosità aperta è bassa e la resistenza meccanica è elevata, il grano si può al più

deformare elasticamente.

La resistenza a gelività la si può desumere eseguendo prove di compressione su campioni sottoposti

a repentine alternanze tra i -20 °C ed i 35 °C per almeno tre ore.

Il campione viene considerato insensibile se non presenta lesioni e se mantiene una perdita di peso

inferiore al 2 % e di resistenza meccanica non maggiore al 25 %.

IV. Granulometria

Per confezionare un conglomerato si cerca di impiegare la massima quantità di aggregato possibile,

in modo da contenerne il costo finale (gli inerti sono più economici del legante), per migliorarne la

resistenza meccanica (gli inerti sono meccanicamente più validi del legante) e per rendere massima

lavorabilità dell’impasto fresco.

la

Questa situazione è raggiungibile se gli aggregati possiedono dimensioni assortite (Foto 7), cioè

possiedono un ampio range granulometrico tale che i grani con dimensioni minori occludano gli

spazi tra i grani di dimensioni maggiori, in modo tale da riservare al legante essenzialmente il

compito di mantenerli coesi tra loro, riempiendo i vuoti più piccoli rimasti.

Foto 7 Uno schema di grani ben assortiti all’atto dell’estrazione e

Si parla di tout - venant se gli inerti sono già assortiti granulometricamente

di misto granulare se invece l'assortimento degli inerti è ottenuto da miscelazione artificiale durante

la loro lavorazione.

Per determinare la granulometria degli inerti si ricorre ad una operazione meccanica di vagliatura,

detta stacciatura. 21

Per effettuare tale operazione si fa ricorso a dei vagli, che prendono nomi diversi a seconda della

forma dei fori:

 i setacci quando sono costituiti da una rete metallica a maglia quadrata;

 i crivelli quando hanno una lastra a fori circolari.

Il campione da esaminare, precedentemente essiccato in forno per evitare aggregazioni delle

particelle fini ed intasamenti dei setacci a maglia sottile, viene fatto passare attraverso una serie di

vagli sovrapposti a formare una pila di setacciatura a diametro della maglia decrescente dall'alto

verso il basso (max 7 - 8 setacci).

Fissati i coperchi per evitare la fuoriuscita di materiale, vengono impresse meccanicamente alla pila

una serie di vibrazioni tramite tavola vibrante (Foto 8) per circa 20 minuti, per facilitare il

passaggio del materiale attraverso le maglie dei setacci e la sua separazione in più frazioni parziali.

Foto 8 Un esempio di setacciatura meccanica

Successivamente, per valutare la percentuale del trattenuto, si pesa la frazione di materiale

trattenuta da ogni singolo vaglio P e lo si rapporta al peso totale del campione P = :

i t

).

T (%) = 100(

i ∑

In un grafico con in ascissa l'apertura del setaccio in mm e in ordinata la percentuale in peso

dell'inerte trattenuto, ne deriva una curva a gradini che interpolata dà origine alla curva a campana

della distribuzione granulometrica del trattenuto.

La curva granulometrica realmente di interesse è però quella cumulativa del passato (Foto 9), che si

ricava implementando in grafico la sua frequenza cumulativa, che a sua volta si ricava dalla

∑ )

frequenza cumulativa del trattenuto come il suo complementare a 100: TC (%) = 100( ->

i ∑

PC (%) = 100 - TC (%).

i i 22

Foto 9 Un esempio di curva granulometrica

Da essa si definiscono tre frazioni granulometriche:

 μm

filler: passante al setaccio 75 maggiore del 90 %;

 fini: passante al setaccio 4 mm maggiore del 95 %;

 grossi: passante al setaccio 4 mm minore del 5 %. (normativa ASTM)

La distribuzione granulometrica ottimale per aggregati da conglomerato deve portare al minimo il

volume dei vuoti tra i grani, miscelando tra di loro le diverse frazioni granulometriche in modo tale

attraverso l’Equazione di Fuller

da rendere la curva reale simile a quella ricavata empiricamente o

l’Equazione di Bolomey (P √

(P = 100√ ) o = A + (100 ).

d d

è la percentuale di passato al setaccio con apertura d, D è la dimensione massima dell’aggregato

P d

e A è un parametro che misura l’eccesso di fini.

La prima equazione minimizza il volume dei vuoti tra i grani, ma non tiene conto della lavorabilità

dell’impasto, al contrario della seconda.

V. Forma e tessitura superficiale

La forma assunta dagli inerti dipende dalla loro origine: gli inerti naturali (ghiaia) si riconoscono

perchè possiedono grani più o meno arrotondati e lisci, avendo subito processi erosivi e gli inerti

artificiali (pietrisco) invece sono composti da grani alquanto spigolosi e scabri, dovuti alla rottura

elastica durante i processi di comminuzione.

L’individuazione della forma di una particella è molto complicata (i grani possono essere

arrotondati, irregolari, piatti, angolari, allungati ed anche una combinazione di questi), per

semplificare le cose si fa riferimento a parametri che prendono in esame caratteristiche peculiari, i

più importanti sono la spigolosità, il coefficiente di forma ed il coefficiente di appiattimento.

Il primo si basa su una valutazione quantitativa del numero di spigolosità del campione: più ne si

l’inerte è spigoloso.

individuano e più

Questo è un parametro importante perchè per avere la stessa lavorabilità del conglomerato fresco,

l’impiego di aggregati una maggiore richiesta d’acqua nell’impasto:

con forma spigolosa comporta

la scorrevolezza di questi materiali risulta minore di quella rilevabile in inerti a spigoli smussati.

l’aggregato possiedono

Il coefficiente di forma serve ad indicare se le particelle che costituiscono

una forma principalmente poliedrica o sferica. 23

Analiticamente il coefficiente di forma è definito come il rapporto tra volume della singola

≥ 0,15.

particella V ed il volume della sfera con diametro equivalente V : C =

p eq f dell’inerte, perchè

La disuguaglianza fa intendere che risulta ottimale una leggera irregolarità rende

più robusto lo scheletro resistente del congomerato (i grani si incastrano meglio tra di loro) ed

aumenta l’aderenza tra aggregato e legante (aumenta la resistenza a trazione del conglomerato).

Il coefficiente di appiattimento rappresenta la percentuale in massa del passante attraverso le maglie

di una griglia a barre di un dato materiale.

Gli aggregati piatti ed allungati possono migliorare la resistenza a flessione del conglomerato, ma

nell’assortimento di effetti negativi quali l’isorientazione

un loro eccesso è causa degli stessi

all’interno della miscela, con conseguente sviluppo di anisotropie e direzioni di debolezza.

Altro fattore da valutare per poter considerare gli inerti idonei all’utilizzo in ambito ingegneristico è

la loro tessitura superficiale, cioè valutare se la superficie dei granuli è vetrosa, liscia, ruvida,

cristallina o porosa.

La tessitura può determinare una maggiore o minore aderenza con il legante e una diversa richiesta

d’acqua: aggregati con superficie liscia conferiscono, a parità di resistenza meccanica, una

maggiore lavorabilità all’impasto minor uso d’acqua,

attraverso un al contrario aggregati con

a parità di quantità d’acqua usata nell’impasto,

superficie rugosa determinano, maggiori resistenze

meccaniche al conglomerato.

VI. Designazione commerciale

Gli inerti per essere commercializzati devono essere catalogati nel seguente modo:

 tipologia: fillers, sabbia, graniglia, ghiaietto, pietrischetto, ghiaia, pietrisco;

 granulometria: tutti gli aggregati devono essere definiti in base alla classe granulometrica di

riferimento;

 categoria:

 GCXX/YY: indica aggregato grosso;

 GFXX: indica aggregato fine;

 GNGXX: indica misto granulometrico naturale (tout - venant);

 GAXX: indica aggregato misto granulare;

 origine: naturale, artificiale e riciclato;

 petrografia: viene indicata la natura petrografica sommaria dell'aggregato;

 provenienza: nome della cava o del giacimento di estrazione. 24

4. Impianto per il trattamento degli inerti del Consorzio

Cave Bologna in via Zanardi

Il Consorzio Cave Bologna, come viene lungamente trattato nel capitolo 2, ebbe nella sua lunga

storia due poli per la lavorazione degli inerti: il primo, dislocato nel comune di Casalecchio di Reno

in via Garibaldi, fu inaugurato sul finire del 1961 e funzionò ininterrottamente fino a metà del 1975,

quando terminò la concessione del terreno su cui sorgeva, e quello attualmente in funzione nel

comune di Bologna in via Zanardi (Foto 10), che ha sostituito quello di Casalecchio.

Foto 10 Vista aerea del polo produttivo di via Zanardi

L’impianto si può dividere in tre diversi settori comunicanti tra di loro:

1) la sezione d’alimentazione, frantumazione primaria e lavaggio;

2) la torre di frantumazione secondaria;

3) la torre di classificazione e stoccaggio.

Il materiale trattato da questo impianto è esclusivamente di origine alluvionale e viene estratto dalle

“cava distante solo 200 m,

cave di cui il Consorzio è proprietario: la più vicina è la San Niccolò”,

è la “cava Padulli”

mentre la più lontana lungo il fiume Panaro in provincia di Modena (circa 40 km

di distanza).

L’estratto viene trasportato dalla cava di provenienza all’impianto tramite l’utilizzo di dumper, che

lo scaricano su di una piazzola rialzata di 7 m, il cui compito è quello di raccogliere il tout - venant

prima che entri nel circuito di lavorazione.

Il materiale depositato viene poi convogliato su un nastro trasportatore lungo 182 m (la lunghezza

totale dell’impianto 300 m) che collega il blocco dell’alimentazione alla torre di frantumazione

è di

primaria (Foto 11), passando attraverso quattro alimentatori vibranti collegati ad una pesa.

Di questi quattro ne vengono utilizzati alternativamente sempre solo due, in modo da svuotare

omogeneamente la piazzola di scarico. 25

Foto 11 La torre di frantumazione (fatta sul posto)

La pesa ha la funzione di controllare che la portata convogliata sul primo nastro trasportatore

d’impianto

rispecchi i requisiti (la portata non deve superare le 200 - 250 , decisi in base alla

tipologia e alla provenienza del materiale trattato.

Se per un qualsiasi motivo la pesa individua che gli alimentatori stanno caricando una portata

eccessiva, essa impone la riduzione temporanea della loro vibrazione; viceversa la pesa imprime

un’accellerata,

loro se la portata risulta inferiore a quella nominale.

L’utilizzo di questo metodo permette all’impianto di funzionare sempre con un’alimentazione

interruzioni dell’alimentazione

continua e con una portata ottimale: le comporterebbero il fermo

entrambe le situazioni portano all’aumento più o meno

delle macchine o la lavorazione a vuoto,

spinto dei costi d’impianto.

Prima di procedere con la comminuzione primaria, il tout - venant viene fatto passare attraverso un

vaglio vibrante sgrossatore, composto da barre di ferro distanziate tra loro di 50 mm sovrastanti una

rete con fori di apertura di 22 mm, al fine di dividere i grani grossolani (D > 50 mm), destinati alla

frantumazione, da quelli di diametro equivalente intermedio (22 < D < 50 mm), destinati solo alla

macinazione, e da quelli con D < 22 mm, ai quali viene fatto bypassare l’intero processo di

frantumazione (f. primaria + macinazione).

Dopo essere stati lavati in una sfangatrice a botte, questi ultimi vengono caricati su due nastri

trasportatori e portati alla zona di classificazione e stoccaggio, dove vengono immagazzinati,

secondo la loro granulometria, come aggregati naturali.

I blocchi che non passano per le maglie del vaglio scivolano dentro un frantoio a mascelle BR 900,

subito a valle del quale è installata una sfangatrice a pale che ha lo scopo di operare una pulizia del

impurità, dall’argilla

materiale inerte dalle e dai limi ad esso attaccati; in essa inoltre la linea degli

intermedi si ricongiunge a quella del frantumato.

Successivamente il materiale viene movimentato con un nastro trasportatore verso la torre di

macinazione (Foto 12); per evitare però, che esso bagnato rotoli e scivoli sul nastro (la torre è alta

circa 30 m), viene fatto passare attraverso un vaglio vibrante asciugatore, il cui il movimento

ondulatorio della griglia propizia lo sgocciolamento dell’acqua in eccesso attraverso le sue aperture.

26

Foto 12 La torre di macinazione (fatta sul posto)

La torbida, derivante dai processi di lavaggio, è immagazzinata in una vasca interrata e fatta passare

in un idrociclone a pozzo ad asse inclinato per recuperare la maggior parte della sabbia fine in essa

ancora sospesa, prima del suo sversamento in un bacino di decantazione, pronta per essere

nell’impianto.

riutilizzata

In testa alla torre di macinazione il frantumato passa su due vagli vibranti inclinati di bypass

in un

(chiamati così perchè il passante evita le lavorazioni successive e rientra nell’impianto

secondo momento) posizionati in parallelo per ottimizzare il rendimento della setacciatura.

Entrambi possiedono una rete superiore con aperture di 50 mm (il frantumato possiede una

dimensione massima di 100 mm) ed una inferiore di 22 mm.

Questi separano le particelle, che dopo la frantumazione primaria hanno raggiunto la dimensione

idonea alla commercializzazione, da quelle che necessitano invece di un ulteriore trattamento di

comminuzione per raggiungerla.

Come dopo la vagliatura avvenuta in testa al frantoio primario, il passante viene raccolto da un

nastro trasportatore lungo 186 m che lo porta nella zona di classificazione e stoccaggio (Foto 13),

dove viene immagazzinato, a seconda della sua granulometria, come aggregato artificiale.

Foto 13 La torre di classificazione e stoccaggio (fatta sul posto) 27

Il trattenuto è immagazzinato in due grandi tramogge, una per il materiale con diametro compreso

tra 22 ed 50 mm ed una per quello con diametro compreso tra 50 ed 100 mm.

Entrambe hanno il compito di regolare la portata di materiale in ingresso a due mulini messi in

parallelo: la prima alimenta un mulino giratorio WEIL, che fornisce uno stabilizzato fine 0/22, la

seconda alimenta invece un mulino MAGOTTEAUX IMPACT 2400, per produrre uno stabilizzato

grosso 0/40.

Lo stabilizzato fine viene quasi completamente stoccato in cumuli sul piazzale di lavoro, senza

ulteriori lavorazioni, al contrario quasi la totalità di quello grosso continua il suo percorso verso la

zona di classificazione e stoccaggio, attraverso un ultimo nastro trasportatore.

Questo va ad alimentare due vagli vibranti inclinati, disposti in parallelo, con apertura dei fori della

griglia di 32 mm; qui rientra nella lavorazione anche il materiale passante ai vibrovagli inclinati

posti a capo della torre di frantumazione secondaria.

Il passante a 32 mm va a sua volta ad alimentare due ulteriori vagli vibranti inclinati con apertura

delle maglie di 22 mm, questi sono posizionati in serie con altri due aventi fori di 15 mm, i quali ne

alimentano a loro volta due con fori di diametro di 5 mm.

Lungo tutto il percorso di vagliatura sono posizionate delle docce che vanno a completare il

lavaggio degli aggregati, cominciata con i precedenti passaggi nelle sfangatrici a botte e a pale.

Il materiale vagliato viene infine stoccato in 5 dei 9 silos a seconda delle loro granulometrie:

 > 32 mm;

 22/32 mm;

 15/22 mm;

 5/15 mm;

 < 5 mm. i frammenti di quest’ultima classe granulometrica si trovano miscelati all’acqua

Dopo la vagliatura per dividere la sabbia dall’acqua

spruzzata dalle docce sotto forma di fanghiglia: è necessario

trattare la torbida in una sfangatrice a tazze.

Anche qui l’acqua di lavaggio viene raccolta in una vasca interrata, pulita in un idrociclone a pozzo

ed infine sversata nel bacino di decantazione.

Quando i silos raggiungono il livello di completa saturazione, sopratutto quelli contenenti materiale

grossolano (meno richiesto dal mercato), scaricano automaticamente una parte del loro contenuto su

di un nastro trasportatore collegato alla torre di macinazione.

fermo dell’impianto,

I ricircolo serve a non causare il per il completo riempimento dei silos e per

ottenere, tramite rimacinazione del materiale grossolano, più materiale fine (maggiormente richiesto

dal mercato).

Il nastro trasportatore del naturale, che parte dal vaglio vibrante sgrossatore posizionato in testa alla

bocca del frantoio a mascelle BR 900, ne alimenta altri due, in modo da ottenere la separazione

delle varie classi granulometriche designate per gli aggregati naturali:

 15/22 mm;

 8/15 mm;

 < 8 mm (recuperato tramite un’ulteriore sfangatrice a tazze).

3

Qui è presente anche una tramoggia, di capacità pari a 20 m , utilizzata per immagazzinare la sabbia

del Po, la cui caratteristica di essere monogranulare, con dimensioni dei grani di 1 mm, la rende

dall’impianto, la

idonea per completare e migliorare, una volta mescolata con quella prodotta curva

granulometrica della sabbia. 28

dei motori,

L’accensione che trascinano i vari macchinari, deve essere coordinata in modo tale che

avvenga da fondo impianto verso la testa, secondo opportune tempistiche.

l’accensione

Se dei motori avvenisse in contemporanea, si produrrebbe un sovraccarico di energia

nocivo per il buon funzionamento dei macchinari; se invece i motori venissero accesi dalla testa

d’impianto alla fine, si registrerebbero intasamenti, laddove i macchinari risultano ancora fermi od

in fase d’avviamento.

Per lo spegnimento si attua un procedimento analogo ma inverso, cioè si spengono i motori dei

macchinari partendo dalla testa d’impianto fino al fondo, con tempi di norma più lunghi di quelli

studiati per la loro accensione: alcune di queste macchine devono risultare completamente vuote per

evitare intasamenti alla ripartenza.

L’impianto ha 35 anni e comincia a sentire il peso del tempo che passa, lo si può evincere dal

nell’ultimo anno è stata

consumo di potenza elettrica dell’ultimo esercizio: adoperata in media una

potenza di circa 2,1 , mentre quella ottimale risulta essere calcolata attorno a 1,85 - 1,9 .

L’impianto non ha mai subito sostanziali rinnovamenti, a parte la manutenzione ordinaria, perchè la

concessione per l’utilizzo del polo di via Zanardi scade nel 2015 e si sta aspettando il completo

“cava

esaurimento della vicina San Niccolò”, che è stata valutata idonea per costruirvici un nuovo

impianto (quello attuale è destinato ad essere completamente smantellato).

L’impianto, nonostante l’età, è ancora uno dei più all’avanguardia nel settore, perchè da due anni il

Consorzio Cave Bologna ha installato nei propri computer un software per informatizzare il

dell’impianto e

controllo per ottimizzare la risposta a guasti e malfunzionamenti.

punti critici dell’impianto, avvertendo

Il software capta i segnali di sensori di sicurezza installati nei

l’operatore tramite l’accensione di un allarme localizzato in prossimità della criticità, facendola così

individuare facilmente e contemporaneamente provvede a fermare il processo di produzione a

per non aumentarne l’entità.

monte del guasto, Tipologia macchinario Quantità

Idrociclone a pozzo 2

Frantoio a mascelle BR 900 1

Vaglio vibrante sgrossatore 1

Vaglio vibrante asciugatore 1

Sfangatrice a pale 1

Sfangatrice a botte 1

Nastro trasportatore 14

Tramoggia 11

Vaglio vibrante inclinato 12

Mulino giratorio WEIL 1

Mulino MAGOTTEAUX IMPACT 2400 1

Sfangatrice a tazze 2

Alimentatore vibrante 4 29

I. Idrociclone a pozzo

Gli idrocicloni o separatori centrifughi, vengono impiegati per rimuovere sabbia finissima e scorie

dell'acqua sfruttando la forza centrifuga.

Questo macchinario è essenzialmente composto da un corpo centrale metallico, sagomato come un

cilindro retto raccordato ad un tronco di cono rovesciato.

Il tubo d’entrata della torbida è posizionato orizzontalmente in testa all’idrociclone, il tubo di

prelievo dell’acqua pulita è sempre posizionato come topper ma presenta prelievo assiale, è presente

anche, come bottomer, un serbatoio in cui si immagazzina la sabbia bagnata o il particolato solido

che si è segregato tramite il processo.

La separazione avviene ad opera della combinazione delle componenti radiali ed assiali della

velocità dell’acqua in entrata nel macchinario, che generano un caratteristico moto a spirale: la

radiale spinge i grani contro la parete, da dove cadono verso il serbatoio a causa del loro peso,

l’assiale l’acqua

genera un gradiente di pressione che risucchia (contiene ancora particelle

verso la parte centrale dell’idrociclone,

finissime) da qui è prelevata tramite aspirazione con una

pompa collegata al condotto di mandata.

Gli idrocicloni garantiscono un'efficienza di separazione di oltre il 90 %; durante il funzionamento è

necessario però un regolare intervento di pulizia del serbatoio per evitare un eccessivo accumulo di

sabbia e la conseguente diminuzione di efficienza di separazione, mediante l'apertura del coperchio

a vite del serbatoio di raccolta o l'uso di valvole di spurgo.

II. Frantoio a mascelle BR 900

Il frantoio a mascelle BR 900 è un frantoio a mascelle (o frantoio di Blake) primario a semplice

effetto, impiegato per la frantumazione di grossi blocchi direttamente provenienti dalla cava

30

d’estrazione e per questo è solitamente inserito in testa alla catena di lavorazione di ogni impianto

per il trattamento degli inerti.

Il frantoio è formato da due mascelle piane rivestite di metallo ad alta resistenza, una verticale fissa

al telaio ed una inclinata mobile direttamente collegata, nel suo apice superiore, al motore

eccentrico, che gli imprime un moto oscillatorio.

La mascella mobile è anche regolabile per modificare la granulometria del frantumato (in questo

si restringe la bocca d’uscita per diminuire le dimensioni del

caso è 100 mm): frantumato o

viceversa la si allarga per aumentarle.

“a

Questo tipo di frantoio è chiamato semplice effetto” perchè la mascella mobile compie una sola

ogni giro dell’albero motore.

corsa di andata e ritorno per

Il frantoio possiede un solo inconveniente: gli urti e gli sforzi derivanti dalla frantumazione si

trasmettono direttamente all’albero motore, se questi risultano eccessivi si rischia di danneggiarlo.

bocca d’alimentazioine ha le dimensioni di 900

La sua x 750 mm, ma è buona norma consentirene

l’ingresso solo al materiale avente dimensioni pari a circa l’80 % di quelle della bocca (cioè 720 x

600 mm), quello più grande deve essere ridotto di dimensione in altra maniera prima di potervici

entrare, altrimenti causerebbe il bloccaggio della macchina.

Lavorando solo con materiali alluvionali è difficile reperire trovanti di grosse dimensioni, i

l’usura

problemi di cui sopra vengono meno e per questo è ridotta (le mascelle possono essere

cambiate anche ogni 4 anni).

Il materiale viene frantumato per scoppio quando la mascella mobile lo schiaccia forzatamente

contro quella fissa con una forza superiore al limite elastico della roccia: il frantumato risultante

possiede perciò una forma prevalentemente allungata ed appiattita.

Il processo risente molto dell’inclinazione della mascella mobile, che deve essere studiata in modo

da non permette al materiale lapideo in presa tra le due mascelle di scivolare, slittare e rimbalzare,

ed aumentando l’usura delle mascelle: regola l’angolo di presa α

inficiandone la frantumazione si

(l’inclinazione della mascella mobile rispetto a quella verticale fissa) in modo che risulti il doppio

dell’angolo d’attrito medio del tout – φ: α

venant = 2φ. 31

III. Vaglio vibrante sgrossatore

Il vaglio vibrante sgrossatore è il macchinario specifico per attuare una prima grossolana divisione

degli inerti nelle differenti pezzature, inoltre è anche in grado di svolgere una funzione di

approssimata pulizia a secco del materiale immesso alla lavorazione.

Il forte sbattimento di questo contro le barre in acciaio provoca il distacco degli ammassi terrosi di

maggiori dimensioni dall’inerte vero e proprio su cui sono attaccati, sempre che il materiale risulti

completamente asciutto.

Questi vagli sono particolarmente robusti perchè vengono normalmente collocati in testa ai frantoi a

mascelle e hanno lo scopo di evitare che grani troppo fini, quindi non frantumabili, si frappongano

i blocchi più grandi, riducendo così l’efficienza dell’azione

tra le mascelle e di frantumazione.

Sono generalmente costituiti da due robuste fiancate metalliche unite rigidamente, mediante

bullonatura ai due piani di vagliatura.

Il primo piano di vagliatura è realizzato con barre affiancate ad opportuna distanza, dette anche

barrotti, sono in fusione al manganese o composte con la parte superiore in Hardox (acciaio

antiusura), mentre il secondo è equipaggiato con rete o con lamiera forata in acciaio.

La loro vibrazione è indotta da motori eccentrici lubrificati a grasso ed è studiata in modo da

facilitare il passaggio attraverso i fori del materiale fine e movimentare verso la bocca del frantoio

quello grossolano.

Le barre vengono realizzate a forma trapezoidale con la luce divergente verso il basso in modo da

scongiurare intasamenti di materiale ed è regolabile manualmente a seconda dei parametri di

classificazione desiderati. 32

IV. Vaglio vibrante asciugatore

Il vaglio vibrante asciugatore è impiegato per separare gli inerti provenienti da un processo di

lavaggio dall’acqua, in cui erano immersi, quando i processi lavorativi successivi del tout - venant

prevedono che esso non sia eccessivamente bagnato.

L’acqua eccedente, che ne ricopre la superficie, può attutire gli urti tra materiale ed organo

macinante nei mulini, può usurarne le parti meccaniche e può rendere difficoltosa la sua

movimentazione sui nastri trasportatori, sopratutto se molto inclinati.

E’ essenzialmente costituito da due fiancate in acciaio dolce, assemblate mediante saldatura al piano

drenante, composto a sua volta da pannelli di poliuretano o acciaio anticorrosione intercambiabili.

installato con un’inclinazione verso l’alto

Il vaglio viene normalmente di 4 - 6 °, in modo tale che la

anch’essa

torbida si concentri nella parte posteriore della macchina, rivestita da una lamina drenante

di poliuretano o acciaio anticorrosione intercambiabile.

Il moto vibratorio della macchina è impostato da due motori a masse eccentriche regolabili ad asse

tra loro parallelo e controruotanti.

Il suo funzionamento è semplice: l’acqua in eccesso viene allontanata per semplice sgocciolamento

gravitazionale attraverso i fori dei pannelli drenanti e il processo naturale è velocizzato grazie

all’aiuto della vibrazione del macchinario e al passaggio del materiale sotto docce direzionate.

La torbida sgocciolata viene raccolta in un serbatoio e in seguito mandata in un idrociclone per

recuperare la sabbia in sospensione. 33

V. Sfangatrice a botte

La sfangatrice a botte è un macchinario concepito per lavare i materiali inerti fini sporchi e

grazie all’elevato tempo di permanenza

limacciosi ed assicura buone prestazioni, del materiale

all’interno della camera di lavaggio.

Questo tipo di macchina è costituita da un involucro in lamiera metallica di forma cilindrica in lenta

del quale sono fissate un gran numero

rotazione intorno al proprio asse (chiamato botte), all’interno verso l’uscita.

di palette forate, posizionate in modo da consentire il moto del materiale una portata d’acqua

Funziona immettendo nel cilindro rotante il flusso degli inerti insieme ad in

controcorrente; grazie alla rotazione della botte, le palette raccolgono il materiale sollevandolo fino

a che esso non ricade in acqua per gravità, dove il materiale lapideo si separa da quello terroso a

ρ

causa della loro diversa densità e, conseguentemente, della loro diversa velocità di

s

sedimentazione, controllata dalla Legge di Stokes: le particelle di dimensioni maggiori (cioè di

maggiore peso a parità di densità) possiedono una velocità di sedimentazione maggiore di quelle

2

fini e quindi si segregano prima, seguendo la relazione v = d g, se la sedimentazione è libera

s

 2

(la concentrazione di solido nella torbida è pari o minore al 5 %), o v = d g, se la

s

  )

sedimentazione è ostacolata ( > 5 %, = + (1 ).

sosp s f

Il flusso d’acqua in controcorrente trascina poi le particelle in sospensione verso lo scarico, dove la

torbida viene convogliata in un processo di idrociclonatura per il recupero delle sabbie fini e

dell’acqua.

Quando il tout - venant arriva allo scarico, esce dalla sfangatrice e viene convogliato alle successive

fasi della lavorazione tramite una serie di tazze in lamiera forata. 34

VI. Sfangatrice a pale

La sfangatrice a pale è impiegata per il trattamento di materiali alluvionali grossolani molto sporchi,

con presenza di forti incrostazioni e/o blocchi di argilla aderenti alla loro superficie, che necessitano

di un’energica azione meccanica di disgregazione.

E’ composta da una vasca realizzata in lamiera metallica rinforzata di grosso spessore che sostiene,

tramite cuscinetti di tenuta lubrificati a grasso e montati esternamente ad essa, due alberi paralleli e

controruotanti provvisti di pale; queste sono formate da corpi in acciaio, antiusura, intercambiabili,

bullonati agli alberi. d’acqua, ma la vera

Il tout - venant viene fatto passare in controcorrente ad un potente getto azione

muovono verso l’uscita il

di lavaggio è eseguita dai due alberi palettati: le pale, disposte a spirale,

materiale, ma nel contempo viene movimentato anche in modo tale che, quando le pale dei due

alberi si vengono ad incrociare, i grani trascinati si sfreghino tra di loro e con le pale pulendosi per

abrasione, mandando in sospensione le impurità.

Il flusso d’acqua serve unicamente ad allontanare quest’ultime ed il flusso è controcorrente così che

l’inerte.

il materiale è sempre a contatto con acqua pulita, in modo che lo sporco non ricontamini

l’inclinazione di lavoro della macchina, è

Variando la velocità di rotazione degli alberi porta pale e

possibile variare la velocità di avanzamento del materiale, cioè il tempo che questo passa nella

l’efficienza del

sfangatrice, e quindi lavaggio.

VII. Nastro trasportatore

Il nastro trasportatore è un dispositivo adibito al trasporto di grandi quantità di materiale destinato

ad una lavorazione industriale ed è largamente usato, perchè rispetto ad altre forme di trasporto

35

possiede il vantaggio di un basso consumo di energia, una relativa facilità di controllo e

manutenzione, un basso ingombro di spazio ed una notevole velocità di trasporto.

Il nastro, detto anche tappeto, è solitamente fatto in gomma rinforzata ed è chiusa ad anello attorno

a dei rulli o pignoni che la fanno ruotare.

Il carico è riversato sull’estradosso del nastro, l’intradosso

mentre si trova di solito a contatto con i

tamburi ed è quindi sottoposto a ingenti attriti e sforzi.

Il tamburo motore, da cui la macchina riceve il moto, è collocato anteriormente nella zona in cui il

materiale verrà scaricato; nella parte diametralmente opposta del nastro si trova un secondo cilindro

detto di rinvio, che serve a trasmettere a tutta la lunghezza del tappeto il moto circolare generato dal

tamburo motore, oltre che a mantenerlo in tensione.

Affinché il peso del carico non comprometta la giusta tensione del nastro, questo è sostenuto nel

corso della sua lunghezza anche da ulteriori tamburi, detti rulli portanti o rulli di sostegno, disposti a

distanza costante tra di loro.

Durante il suo trasporto tra il luogo di carico e quello di scarico, il materiale è mantenuto sul nastro

da sponde metalliche laterali che ne impediscono la fuoriuscita o dalla particolare configurazione a

per migliorare l’attrito con il carico

conca che questo può assumere e e non farlo scivolare, a nastro

inclinato, la tela viene concepita con scanalature in rilievo.

VIII. Tramoggia per raccogliere dall’alto

La tramoggia o tramogena è utilizzata il materiale che poi deve essere

scaricato verso il basso.

E’ semplicemente un contenitore metallico a forma di tronco di piramide rovesciato raccordato,

nella parte alta, ad un telaio cubico aperto superiormente.

un’apertura

Possiede sul fondo otturabile attraverso una serranda, in modo da poter regolare la

portata di materiale in uscita.

Se questa è completamente chiusa, la tramoggia può essere utilizzata come recipiente per

l’immagazzinamento di materiale (prendendo la funzione del silos). 36

IX. Vaglio vibrante inclinato

Il vaglio vibrante o vibrovaglio inclinato è la macchina più comune utilizzata per la classificazione

intermedia e finale degli inerti in base alla loro granulometria, perchè è economica e permette una

lunga operatività senza alcuna manutenzione.

La sua struttura è simile a quella del vaglio vibrante sgrossatore, con l’unica differenza che al posto

dei barrotti di metallo è presente una griglia vagliante forata.

L’inclinazione del vaglio deve essere regolata adeguatamente per evitare che il materiale da

setacciare bypassi i fori senza venire classificato.

La funzione dell’inclinazione della griglia vagliante è quella di imprimere al materiale un

movimento direzionato su di essa, causato principalmente dal peso proprio dei grani, per questo è

detta classificazione diretta.

La vibrazione è indotta alla tela da un motore a masse eccentriche con due funzioni: il moto

longitudinale serve ad aiutare quello naturale di passaggio del tout-venant dalla zona di carico a

quella di scarico ed il moto sussultorio serve per aumentare il rendimento di classificazione,

facilitando il passaggio dei grani attraverso le maglie della tela.

Usati singolarmente non possiedono un’elevato rendimento di separazione, soprattutto per la loro

non eccessiva lunghezza in confronto alla portata da elaborare: è sempre più usuale lavorare con

due vagli uguali messi in parallelo, in modo da dividere la portata elaborata a parità di dimensioni

della griglia (il rendimento migliora).

Dividere la portata totale serve a far sì che quella passante su ogni vaglio si avvicini a quella

ottimale monostratro che massimizza il rendimento di vagliatura.

Per una portata inferiore al limite di continuità, aumenta la probabilità che i grani rimbalzino sulla

a causa del moto sussultorio e per l’assenza dell’ostacolo dei

tela senza passare per le sue maglie,

grani vicini.

Per una portata maggiore (pluristrato) aumenterebbe la probabilità che i grani grossi o con

dimensioni vicine a quella delle maglie, specchino il passaggio attraverso queste dei grani fini.

Durante il processo di vagliatura si può innaffiare il materiale con potenti getti d’acqua in modo da

migliorare la separazione dei grani grossolani (pietrisco e ghiaia) dalle particelle più fini (sabbia,

limo ed argilla). 37

X. Mulino giratorio WEIL

Il mulino giratorio WEIL è un frantoio secondario a cono, detto anche rotativo, capace di lavorare a

basso costo e con basse usure (passano circa sei mesi prima del ricambio degli organi frantumatori)

grandi portate di materiale, caratteristiche che lo rendono di utilizzo comune.

La macchina è formata da una carcassa inferiore, dove sono ragruppati le parti di comando, e da una

carcassa superiore a forma di tazza rivestita internamente da materiale antiusura (il concavo), il cui

volume costituisce la camera di frantumazione.

Al centro di questa è posizionato un’albero oscillante collegato inferiormente ad un motore

eccentrico avente in contrasto al concavo un tronco di cono rivestito da un mantello abrasivo

l’organo mobile della macchina.

antiusura, che costituisce

Il cono, in alternanza, in una metà della macchina si avvicina al concavo schiacciando il materiale

nell’altra metà

tra la parete ed il mantello frantumandolo e contemporaneamente vi si allontana

permettendo lo scarico del frantumato. per cui durante la frantumazione

Normalmente il cono frantumatore è collegato in folle all’albero,

ruota anche su se stesso in senso inverso al motore eccentrico: questo moto aggiuntivo favorisce

un’equilibrata usura del mantello e crea un’azione abrasiva sul materiale macinato, regolarizzando

la forma dei grani in uscita.

per com’è concepito, non incorre facilmente a bloccaggio, quando

Il mulino giratorio WEIL, però

l’aumento di pressione dell’olio del circuito oleodinamico del sistema

succede, idraulico che regola

il posizionamento del cono, fa attivare dei martinetti idraulici che sollevano il concavo per

evaquare l’oggetto del bloccaggio.

permettere di

Queste macchine hanno il pregio di lavorare in continuo, sempre al massimo della loro capacità

(senza fasi morte), ma di contro richiedono una potenza elevata. 38

XI. Mulino MAGOTTEAUX IMPACT 2400

Il mulino MAGOTTEAUX IMPACT 2400 è un frantoio secondario a martelli, ad asse verticale,

capace di lavorare notevoli quantità di materiale nell’unità di tempo.

Le uniche pecche stanno nella notevole usura a cui è soggetto (circa ogni 50 ore è necessario

cambiare gli organi macinanti) e la notevole quantità di potenza motrice che bisogna erogare per il

suo funzionamento (deve essere collegato a motori molto potenti, di grandi dimensioni e che

consumano molto carburante).

due problematiche fanno aumentare di molto i costi d’impianto

Queste ed è per questo che il loro

uso è ormai raro.

E’ composto da un’albero motore in acciaio trattato, ruotante ad elevata velocità angolare su cui è

calettato un rotore leggermente conico che porta inbullonate un numero variabile di sporgenze, dette

ricoperte da placche d’acciaio al manganese

martelli, (ognuno pesante anche più di 40 kg).

L’albero è inserito coassialmente dentro un telaio fisso verticale di forma cilindrica, il cui interno è

anch’esso

ricoperto da una placca di materiale resistente a cui sono imbullonati dei martelli fissi

dello stesso materiale di quelli mobili, che possono venire a pesare anche più di 80 kg ognuno.

Il materiale d’alimentazione viene inserito dall’alto e cade sul rotore conico che lo distribuisce

equamente ai vari martelli, la frantumazione avviene quindi per urto diretto dei martelli sul

materiale lapideo e per urto indiretto di questo sui risalti di parete, contro i quali viene scagliato ad

alta velocità dal contatto con i martelli.

Il materiale rimane dentro al mulino finchè non possiede una dimensione tale da passare attraverso

un filtro posto nella zona di scarico.

che entra nel mulino deve essere asciuttio e già sfangato, perchè in presenza d’acqua e

Il materiale

di alte concentrazioni di argilla l’effetto di riduzione viene ad essere notevolmente attenuato, il

frantumato che ne esce ha una forma poliedrica quasi regolare. 39

XII. Sfangatrice a tazze

Le sfangatrici a tazze sono macchine utilizzate in coda alla torre di classificazione per recuperare le

sabbie fini dalla torbida in cui sono sospese.

La macchina è composta da una vasca di decantazione metallica nella quale girano, collegate ad un

unico albero motore ad asse orizzontale, una vite di Archimede senza fine che permette di trascinare

la sabbia segregata sul fondo della vasca verso una ruota con tazze forate sulla superficie.

Questa la raccoglie e la versa su di un nastro trasportatore indirizzato ai silos, le particelle rimaste in

dal separatore insieme all’acqua.

sospensione invece escono

Il movimento della ruota a tazze e della vite di Archimede è generato da un gruppo motore calettato

sull’albero.

Un sistema di sfioratori, situato in posizione opposta alla zona di carico della torbida, consente un

suo lento scarico, il che rende quasi nulla la turbolenza del flusso ed aumenta il tempo di

dell’unità di portata.

permanenza nel separatore

Questi due aspetti facilitano la divisione delle sabbie fini da limi ed argille secondo la Legge di

Stokes (come già visto per la sfangatrice a botte).

XIII. Alimentatore vibrante

L’alimentatore vibrante è usato per alimentazioni di materiale ghiaioso alluvionale al fine di

dell’impianto.

garantire un’alimentazione regolare e dosata 40

Esso è costituito essenzialmente da una canala in lamiera mobile, sospesa sulla carcassa fissa per

mezzo di sospensioni elastiche a molla, e messa in movimento tramite due motori eccentrici.

Per effetto delle vibrazioni della canala il materiale viene estratto dal serbatoio di stoccaggio e

distribuito uniformemente sul nastro trasportatore pronto per entrare nel ciclo di lavorazione.

La portata alimentata è regolata con alta precisione agendo su di una serranda otturatrice o

sull’entità delle vibrazioni della canala: più la vibrazione è alta, maggiore è la portata.

Per migliorare il controllo della portata erogata l’alimentatore è spesso collegato ad una pesa

l’antieconomicità

automatica: portate minori di quella nominale causerebbero del processo (costi

maggiori dei ricavi), invece portate maggiori creerebbero alimentazioni pluristrato di materiale che

dei macchinari dell’impianto.

potrebbero portare ad intasamenti e malfunzionamenti

L’alimentazione continua all’impianto

e la portata costante regolabile permettono di lavorare

costantemente a pieno regime. 41

Il Consorzio Cave Bologna e l’ambiente

5.

Il Consorzio Cave Bologna, in quanto cooperativa, ha da sempre incentrato il suo lavoro nel rispetto

dell’etica socio - ambientale, un ideale di lavoro che ha permesso di affiancare al marchio storico

l’appellativo “Risorse e Ambiente”.

(ConCave)

Quest’azienda è stata una delle prime, in ambito nazionale, a capire che l’ambiente è la risorsa di

l’uomo è venuto in possesso.

più grande valore di cui

Il Consorzio attua procedure di sostenibilità ambientale nella gestione ordinaria (recupero da cave e

lavorazione degli inerti da conglomerato) ed investe in attività alternative (riciclo di rifiuti e

produzione di energia pulita).

I. Sostenibilità ambientale nella gestione ordinaria

Nei suoi primi turbolenti anni di vita, il Consorzio pensò principalmente a sopravvivere e a creare le

basi per il futuro. societaria che cominciò ad avere un’idea ecologica del

Fu solo raggiunta la stabilità economico -

suo lavoro, in modo da incrementare la qualità del prodotto ed avere così, come azienda neonata,

armi per competere sul mercato con aziende più potenti e radicate.

Il primo passo fu quello di riutilizzare i fanghi argillosi di lavorazione come materia prima per

ritombare cave limitrofe esaurite.

Un’azione pioneristica, perchè all’epoca (anni ’70) i fanghi di lavorazione erano sversati

direttamente in ambiente, con il rischio di interrare gli alvei fluviali o di impermeabilizzare terreni

fertili, e le cave esaurite erano abbandonate come ferite aperte sul territorio ed utilizzate come

discariche per qualsiasi tipo di rifiuto. dell’alto numero di

I danni ambientali e i disagi sociali, derivanti da ciò, erano inconcepibili a causa

cave presenti nel territorio nazionale.

L’idea l’ambiente (naturale e sociale)

di base è quella che considera come una risorsa che se

distrutta non si rigenera, arrecando disagi sia nel futuro prossimo che in quello remoto.

L’attività di estrazione e lavorazione di materiali provenienti da cava è basilare per mettere a

disposizione dell’uomo le risorse naturali che gli servono per vivere (il ferro per fabbricare le

posate, gli inerti per creare il calcestruzzo con cui costruire le case, ...), ma è anche molto

impattante sull’ambiente, in relazione alle tecniche di coltivazione adottate e ai tempi necessari per

lo sfruttamento dei giacimenti. sono principalmente: l’emissione di polveri, gli

I fattori negativi della coltivazione di cave impatti

acustici, quelli visivi e le problematiche legate ai trasporti... .

L’unico modo per azzerare completamente i disagi, che questa attività arreca, sarebbe quello di

chiudere completamente il settore commerciale, cosa impossibile perciò si può solo tentare di

mitigarne gli effetti.

Per attenuare l’impatto visivo, se dopo l’attività estrattiva non si può ripristinare il territorio con le

stesse caratteristiche che possedeva prima, almeno si tenta di riqualificarlo in modo che risulti

con l’ambiente

socialmente utile alle popolazioni che lo abitano e che si raccordi armonicamente

circostante, proponendo progetti che altrimenti sarebbero realizzati altrove. 42


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53

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria per l'ambiente e il territorio
SSD:
Università: Bologna - Unibo
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Malsterpiece di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Ingegneria delle materie prime e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Bologna - Unibo o del prof Bonoli Alessandra.

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