IT201900011376A1 - Procedimento e dispositivo per la macinazione di matrici eterogenee - Google Patents

Description

PROCEDIMENTO E DISPOSITIVO PER LA MACINAZIONE DI MATRICI ETEROGENEE

Campo della tecnica

La presente invenzione riguarda un processo per preparare, a partire da matrici eterogenee di materiali plastici e fragili, materiale macinato avente una granulometria di desiderata dimensione massima, nonché un dispositivo ottimizzato per implementare tale processo.

In particolare, a solo scopo indicativo e senza che ciò sia limitativo per gli scopi dell’invenzione, si anticipa che il processo ed il dispositivo oggetto dell’invenzione possono essere ottimizzati per ottenere, con elevata produttività oraria e con consumi specifici di energia ridotti, a partire da matrici eterogenee di materiali plastici e fragili, un materiale macinato avente dimensione massima delle particelle inferiore a 3 mm e media ponderale delle particelle ottenute inferiore ad 1 mm.

Stato dell’arte

E’ ben noto nell’arte il problema di macinare materiali eterogenei, al fine di ridurne le dimensioni medie. In particolare è noto che, in virtù delle rispettive problematiche tecniche connesse alla macinazione, i materiali si distinguono in materiali fragili (ad alto modulo di Young) e materiali plastici e fibrosi (a basso modulo di Young).

Come ben noto il modulo di Young descrive il comportamento di un materiale sottoposto a deformazione. In linea generale è ben noto che, sottoponendo un materiale ad uno sforzo via via crescente, la deformazione dello stesso è inizialmente proporzionale allo sforzo (campo delle deformazioni elastiche lineari), e successivamente – oltre una dipendente dal materiale in esame soglia (sogli a di snervamento) - la deformazione cessa di essere proporzionale allo sforzo ed aumenta più che proporzionalmente rispetto allo stesso (campo delle deformazioni plastiche), fino a giungere alla rottura del materiale.

La costante di proporzionalità tra sforzo e deformazione (modulo di Young), il valore della soglia di snervamento e la quantità di deformazione che il materiale può assorbire dopo lo snervamento e prima di giungere a rottura sono caratteristiche specifiche di ciascun materiale.

Per quel che interessa ai fini del problema della macinazione, è noto che in linea generale i materiali ad alto modulo di Young (con valori tipicamente compresi tra 10<4 >MPa e 10<5 >MPa ed oltre) subiscono piccole deformazioni anche a seguito di sforzi elevati, e raggiungono generalmente la rottura del materiale a valori di sforzo di poco superiori alla soglia di snervamento. Questi materiali vengono comunemente indicati come materiali “fragili”. Poiché come è noto il lavoro di deformazione speso per arrivare alla rottura del materiale, è proporzionale all’area sottesa dalla curva dei punti sforzo-deformazione tra lo sforzo zero e la rottura, e poiché nel caso dei materiali fragili tale area è ridotta, i materiali fragili richiedono in genere basso lavoro per arrivare alla rottura.

I materiali a basso modulo di Young (con valori minori di 10<4 >MPa), presentano elevate deformazioni anche quando sottoposti a sforzi contenuti e, generalmente, una volta passata la soglia di snervamento sono in grado di assorbire deformazioni sempre più elevate, anche a seguito di ridotti incrementi di sforzo. La rottura avviene solo a seguito di deformazioni elevate (anche dell’ordine di decine di millimetri). In questi casi il materiale viene identificato comunemente come “plastico” e, essendo proporzionale all’area sottesa dalla curva sforzodeformazione fino alla rottura, il lavoro di deformazione è sensibilmente maggiore che nel caso dei materiali fragili.

Analizzando, dopo questa breve premessa, i dispositivi di macinazione noti allo stato dell’arte, si nota che gli stessi si distinguono per le modalità di trasferimento dell’energia, da parte del dispositivo, alla massa di cui si vogliono ridurre le dimensioni.

Nel caso dei materiali fragili, la potenza viene trasferita al materiale sotto forma di energia cinetica, da parte di mezzi che comprimono bruscamente il materiale mediante urti. Detti mezzi sono generalmente solidali ad un elemento in rotazione, e provocano urti su rispettivi organi statici (statorici). Funzionano secondo questo principio mulini del tipo noto allo stato dell’arte, come i mulini frantumatori, i mulini ad aspi ed i mulini a martelli.

Sono noti mulini del tipo appena descritto aventi le più svariate forme geometriche, tutte comunque riconducibili al principio di impartire localmente un picco di sforzo tra mezzi macinanti contrapposti.

Secondo un’altra implementazione del medesimo principio, i mulini possono anche comprendere organi mobili, come barre o sfere, che ricevono energia cinetica mediante la rotazione dell’involucro della camera di macinazione, oppure mediante la rotazione di un elemento interno rotorico che muove gli organi mobili: è il caso dei mulini noti come mulini a sfere o mulini a barre. In ogni caso il principio di funzionamento applicato è che l’urto sul materiale, impartito da due superfici del mulino che sono mobili ed affacciate l’una rispetto all’altra, frantuma il materiale fragile.

Alla luce della premessa sulle caratteristiche dei materiali, è evidente che questa tecnica non è applicabile ai materiali plastici, perché gli urti ottenibili mediante i mulini del tipo descritto hanno una bassa componente di taglio, e non sono in grado di portare a rottura il materiale plastico, ma ne provocano prevalentemente il riscaldamento.

Come è noto a seguito del riscaldamento di un materiale plastico si assiste ad un ulteriore appiattimento del diagramma sforzo-deformazione. Il materiale plastico perciò non viene mai macinato, ma si assiste alla formazione di aggregati semifusi che bloccano la macchina di macinazione.

Questo è il motivo per il quale, per i materiali plastici, i mulini noti allo stato dell’arte usano un principio macinante diverso, e cioè impartiscono localmente un elevato sforzo di taglio mediante due utensili, mobili l’uno rispetto all’altro, caratterizzati dalla presenza di elementi a spigolo vivo (lame) che si affacciano l’uno sull’altro a distanze ridottissime, sostanzialmente strisciando l’uno sull’altro. Statore e rotore operano in questi casi con elevate velocità relative ed a distanze ridotte l’uno dall’altro (variabili in funzione della granulometria desiderata, e tipicamente pari a circa 1 mm nelle comuni applicazioni industriali). Si ottiene in questa maniera l’effetto di concentrare l’azione meccanica in zone limitate e ad altissimo sforzo di taglio locale, così da ottenere la riduzione di dimensioni del materiale senza un eccessivo riscaldamento. Operano secondo questo principio i mulini noti come mulini a lame o mulini a pioli, utilizzati per la riduzione di dimensione di materiale plastico, gomme, fibre.

Questa tecnica tuttavia non è applicabile ai materiali fragili, perché gli alti sforzi di taglio su materiali fragili provocherebbero un rapido deterioramento per abrasione degli spigoli vivi degli utensili. Peraltro contenuti anche modesti di materiali fragili in miscela con materiali plastici danno luogo ad importanti fenomeni di usura, per il ben noto effetto di inclusione dei materiali fragili nella matrice plastica che moltiplica l’effetto abrasivo della porzione fragile.

Le due categorie di macchine macinanti appena descritte (rispettivamente per materiali fragili e plastici) presentano perciò incompatibilità reciproca qualora si voglia prevederne l’impiego per materiali dell’altra classe di modulo di Young.

Vi sono tuttavia interi settori industriali, come il trattamento dei rifiuti urbani, o il trattamento di materiale già stoccato in discariche, che si trovano a fronteggiare la necessità di macinare miscele contenenti sia materiali fragili che materiali plastici fortemente differenziate per composizione (nel seguito per brevità anche miscele eterogenee), per le quali allo stato della tecnica esistono soluzioni solo per operare grossolane riduzioni di dimensione (fino a dimensioni medie di alcune decine di millimetri), ma non esistono soluzioni tecniche economiche ed affidabili in grado di ottenere la macinazione fino a polveri con granulometria avente dimensioni medie di circa 1 millimetro. La possibilità di ottenere da questi materiali polveri di piccole dimensioni aprirebbe la strada a numerose opportunità di riutilizzo, riciclo, trattamento che al momento sono precluse perché non idonee a trattare macinati grossolani.

Il problema è così sentito che sono già stati effettuati numerosi tentativi di macinare le miscele eterogenee con nuovi concetti di macinazione, di cui si riportano di seguito alcuni esempi.

Una prima soluzione nota allo stato dell’arte (THOR – ENEA) utilizza come elementi macinanti sfere di materiale duro, mantenute in forte agitazione meccanica da un sistema rotorico a vomeri. Sfrutta il principio dell’urto tra mezzi macinanti, che produce la riduzione voluta di dimensione, ma con efficacia degli urti migliorata ma ancora decisamente bassa. Difatti il sistema, secondo dati disponibili in letteratura, consuma alcune centinaia di kWh (300-400 kWh) per ogni tonnellata di materiale macinato.

Una seconda soluzione, descritta nella domanda italiana MI2011A000320 descrive un mulino per la macinazione di rifiuti comprendente almeno due rotori, a ciascuno dei quali sono collegate una pluralità di catene che spazzano la camera di macinazione, ed in cui la camera di macinazione è ottenuta dalla somma netta dei volumi di macinazione, cosicché non vi è porzione della camera di macinazione che non sia interessata dalla rotazione di almeno una catena. Nel mulino secondo questo documento sono presenti, in alcuni modi di realizzazione, ostacoli configurati in modo da evitare l’accumulo di rifiuti in punti della camera di macinazione che non sono raggiunti dalle catene in rotazione. In sintesi questo mulino utilizza una pluralità di catene, fissate ad una estremità ad almeno due organi rotorici che ne provocano la distensione per forza centrifuga. Le catene strisciano su uno statore rappresentato da una lamiera forata. Ai fini della macinazione il dispositivo utilizza come principio la combinazione dell’urto con lo sforzo di taglio sul materiale indotto dallo strisciamento. I consumi specifici per tonnellata di materiale trattato sono più bassi rispetto al THOR, ma non in maniera significativa, soprattutto per matrici con significativo contenuto di materiali plastici. Questa soluzione non è quindi applicabile con successo al caso dei rifiuti urbani. Inoltre il dispositivo descritto è soggetto ad usure rapide ed evidenti degli elementi macinanti, e quindi i costi complessivi di gestione del dispositivo non sono accettabili in un contesto industriale.

Problema tecnico

Rimane quindi irrisolto allo stato dell’arte il problema di fornire un processo di macinazione per miscele eterogenee di materiali fragili e plastici che superi i limiti legati ai processi noti allo stato dell’arte, nonché il problema di fornire un dispositivo in grado di implementare efficacemente detto processo.

Più in particolare rimane irrisolto il problema di fornire un processo che consenta di macinare miscele eterogenee comprendenti sia materiali fragili che materiali plastici, con bassi consumi energetici specifici, bassa usura degli utensili ed elevata produzione oraria rispetto al volume della camera macinante ed alla potenza applicata, nonché un dispositivo che implementi tale processo.

Ancora, rimane irrisolto il problema di fornire un processo ed il relativo dispositivo che consentano di ottenere tutti i vantaggi appena descritti e macinare le miscele eterogenee fino a granulometrie medie dell’ordine di grandezza inferiore ad 1 mm.

Ancora, rimane irrisolto il problema di fornire un dispositivo che risolva tutti i problemi appena elencati e che, inoltre, presenti usura modesta e costi di gestione complessiva contenuti.

Scopo dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un processo di macinazione che superi i limiti legati ai processi noti allo stato dell’arte, nonché un dispositivo in grado di implementare efficacemente detto processo.

Secondo un altro scopo la presente invenzione intende fornire un processo che consenta di macinare – anche fino a granulometrie medie dell’ordine di grandezza di 1 mm - miscele eterogenee comprendenti sia materiali fragili che materiali plastici, con bassi consumi energetici specifici, bassa usura degli utensili ed elevata produzione oraria rispetto al volume della camera macinante, nonché un dispositivo che implementi tale processo.

Secondo ancora un altro scopo la presente invenzione intende fornire un dispositivo che presenti tutti i vantaggi appena elencati e che, inoltre, presenti usura modesta e costi di gestione complessiva contenuti.

Breve descrizione del trovato

La presente invenzione realizza gli scopi prefissati in quanto trattasi di un Processo per la macinazione di matrici eterogenee comprendenti materiali fragili e materiali plastici comprendente i passi di: (i) introdurre, in un mulino o dispositivo similare, una matrice eterogenea comprendente materiali plastici e materiali fragili di pezzatura variabile; (ii) conferire, tramite opportuni mezzi attuatori in movimento, energia cinetica a detta matrice eterogenea, proiettando i materiali della matrice ad alta velocità contro opportuni mezzi di arresto fissi provvisti su detto mulino; (iii) procedere alla macinazione per effetto degli urti che avvengono tra il materiale proiettato dai mezzi attuatori ed il materiale accumulato su detti mezzi di arresto; (iv) scaricare la porzione del materiale in lavorazione che sia stata ridotta al di sotto di un diametro massimo prefissato, il metodo essendo caratterizzato dal fatto che detti mezzi di arresto sono configurati in maniera tale da poter trattenere removibilmente il materiale proiettato contro di essi in una regione dello spazio esterna rispetto al volume interessato dal movimento di detti mezzi attuatori.

L’invenzione fornisce inoltre un dispositivo per la macinazione di matrici eterogenee comprendenti sia materiali fragili che materiali plastici configurato per attuare il processo secondo una delle rivendicazioni precedenti comprendente: un tamburo forato (1) provvisto di fori (11) sulla propria superficie esterna; una pluralità di attuatori (6) posizionati all’interno di detto tamburo forato (1), vincolati per mezzo di rispettivi elementi flessibili (61) ad un albero rotante centrale (7), caratterizzato dal fatto che detto tamburo forato (1) comprende inoltre, sulla propria superficie interna, una pluralità di mezzi di arresto (12), configurati in maniera tale da far arrestare il materiale proiettato contro di essi da detti mezzi attuatori, detti mezzi di arresto (12) essendo configurati per causare l’arresto del materiale in fase di macinazione in una zona periferica di detto tamburo forato, non interessata dalla rotazione né di detti elementi flessibili (61) né di detti mezzi attuatori (6), detti mezzi attuatori (6) essendo configurati in maniera tale da mantenersi, durante la loro rotazione intorno a detto albero (7) ad una distanza minima da detti mezzi di arresto (12) superiore al diametro di detti fori (11) presenti su detto tamburo (1).

Descrizione dettagliata del trovato

Questi ed altri vantaggi saranno evidenti dalla descrizione dettagliata del trovato, che sarà di seguito esposta con riferimento alle allegate figure da 1 a 4.

In figura 1 è mostrata una vista assonometrica in sezione parziale di un modo di realizzazione preferenziale di un dispositivo che implementa il processo secondo l’invenzione; in figura 2 è mostrata una vista schematica di un mezzo attuatore e di un mezzi di arresto, utile a chiarire il funzionamento del dispositivo; in figura 3 e 4 sono mostrate due viste schematiche di due modi di realizzazione comprendenti una pluralità di mezzi attuatori vincolati a relativi elementi flessibili.

Con riferimento alla allegata figura 1 il dispositivo comprende un tamburo forato interno (1) di forma cilindrica, ed una cassa esterna (2) che racchiude detto tamburo. Il tamburo forato (1) presenta sul proprio mantello cilindrico una pluralità di fori (11) che mettono in comunicazione l’interno del tamburo (1) con lo spazio contenuto tra questo e la cassa esterna (2). Detti fori (11) definiscono quindi la massima dimensione della granulometria del macinato che può essere scaricata per mezzo della bocca di scarico (4). Si specifica, a fini di chiarezza, che come è evidente da considerazioni geometriche, da un foro di diametro “D” può essere allontanato materiale che presenta almeno due dimensioni inferiori a “D”.

Il dispositivo comprende inoltre una tramoggia di carico (3) configurata per consentire l’introduzione del materiale all’interno del tamburo (1), ed una bocca di scarico (4) configurata per consentire, preferibilmente per gravità, l’espulsione del materiale dallo spazio compreso tra il tamburo forato (1) e la cassa (2). E’ appena il caso di specificare che la tramoggia (3) e la bocca di scarico (4) consentono l’alimentazione e lo scarico continuo del materiale, anche durante il funzionamento della macchina. Preferibilmente la tramoggia (3) comunica con la parte centrale del tamburo (1), in modo da minimizzare la possibilità che materiale in lavorazione sia proiettato all’esterno della macchina per mezzo della tramoggia di carico.

All’interno del tamburo forato (1) sono presenti una pluralità di mezzi attuatori (6), vincolati per mezzo di elementi flessibili (61) ad un albero rotante centrale (7), mosso da un motore (8) per mezzo di opportuni mezzi di trasmissione (9). Detti elementi flessibili (61) possono essere costituiti, a titolo di esempio non limitativo degli scopi dell’invenzione, da cavi metallici o catene.

Preferibilmente detti mezzi attuatori sono vincolati – per il tramite ciascuno del rispettivo elemento flessibile (61) - secondo una disposizione regolare all’albero rotante (7). In un primo modo di realizzazione detti mezzi attuatori sono disposti allineati su più file, con le varie file disposte in maniera angolarmente equi spaziata (es. una ogni 90°, come mostrato in figura 1); in un ulteriore modo di realizzazione detti mezzi attuatori sono disposti secondo una disposizione elicoidale. Altre disposizioni sono possibili senza uscire dagli scopi della presente invenzione.

In virtù del loro collegamento all’albero rotante, quando la macchina è in funzione detti mezzi attuatori (6) si dispongono a raggiera per effetto della forza centrifuga fornita dall’albero rotante. Detti mezzi attuatori, responsabili del trasferimento di energia cinetica dall’albero rotante alla massa di materiale da macinare, sono configurati in maniera tale che, in vista laterale, il loro ingombro assiale cumulato occupi sostanzialmente l’intero sviluppo assiale della macchina.

In figura 3 sono schematizzati una pluralità di mezzi attuatori (6) vincolati a relativi elementi flessibili (61). E’ immediato notare che la luce libera tra mezzi attuatori (6) adiacenti è sensibilmente inferiore rispetto alla luce libera tra elementi flessibili adiacenti (61). In un primo modo di realizzazione preferito detta luce libera tra mezzi attuatori (6) adiacenti è inferiore a 3 volte la massima granulometria ammessa per il materiale macinato, come definita dal diametro (D) dei fori (11) sul tamburo forato; in un secondo modo di realizzazione preferito detta luce libera tra mezzi attuatori (6) adiacenti è inferiore al diametro (D) dei fori (11) sul tamburo forato.

Per come è costruito il sistema è immediato notare che la maggior parte dell’energia cinetica fornita dall’albero rotante è concentrata negli elementi macinanti (6), dal momento che questi hanno massa maggiore dell’elemento flessibile (61) e ruotano, in virtù del raggio al quale sono collocati rispetto all’albero rotante (7), a velocità sensibilmente superiori. Peraltro si è fatto notare che gli elementi attuatori (6) occupano l’intero sviluppo assiale della macchina, mentre gli elementi flessibili (61) occupano solo parzialmente lo sviluppo assiale della macchina.

Questi accorgimenti costruttivi permettono di far sì che sia modesta la quantità di energia trasmessa dagli elementi flessibili (61) al materiale in lavorazione. Poiché questa energia cinetica è trasmessa a velocità modeste, non sufficienti ad ottenere dal materiale urti efficaci (indicando per urti efficaci quelli in grado di provocare la macinazione del materiale), minimizzare questa energia consente di minimizzare anche gli sprechi energetici, nonché di contenere il surriscaldamento del materiale in lavorazione.

Il tamburo forato (1) comprende inoltre, sulla superficie interna del proprio mantello, una pluralità di mezzi di arresto (12), configurati in maniera tale da far arrestare contro di essi il materiale in fase di macinazione (20).

I mezzi di arresto (12) sono specificamente configurati per causare l’arresto del materiale in fase di macinazione in una zona periferica della camera di macinazione definita dal tamburo forato, non interessata dalla rotazione né degli elementi flessibili (61) né dei mezzi attuatori (6).

E’ opportuno specificare che, assumendo che il tamburo (1) sia di forma cilindrica, la zona non interessata dalla rotazione dei mezzi attuatori (6) comprende la corona cilindrica la cui superficie esterna è definita dal tamburo (1) ed il cui spessore è dato dalla somma dell’altezza di detti mezzi di arresto (12) e della minima distanza tra detti mezzi attuatori (6) e detti mezzi di arresto (12).

I mezzi attuatori (6) ed i mezzi di arresto (12) solidali al tamburo (1) sono configurati in maniera tale che i mezzi attuatori (6), ruotando, si mantengano ad una distanza minima da detti mezzi di arresto (12) ben superiore alla massima granulometria del macinato che si vuole ottenere, definita dai fori (11) del tamburo (1). Secondo un modo di realizzazione preferenziale detta distanza è compresa tra 1,3 e 5 volte il diametro massimo definito dai fori (11).

A titolo di esempio, pertanto, si specifica che qualora i fori (11) siano di dimensioni pari a circa 3 mm, detta distanza minima tra i mezzi attuatori (6) ed i mezzi di arresto (12) è compresa tra 4 e 15 mm.

Secondo un altro modo di realizzazione, qualora i fori (11) siano di dimensioni pari a circa 1 mm, detta distanza minima tra i mezzi attuatori (6) ed i mezzi di arresto (12) è compresa tra 1,5 e 5 mm, ed il processo consente di ottenere materiale macinato avente particelle di granulometria massima pari a 1 mm e granulometria media ponderale compresa tra 200 e 600 μm.

Si specifica, al fine di evidenziare le peculiarità del dispositivo oggetto di descrizione, che in tutti i mulini noti allo stato dell’arte la macinazione richiede l’utilizzo di due corpi in movimento reciproco che si affacciano l’uno rispetto all’altro a distanze reciproche inferiori alla granulometria che si vuole ottenere. Questo avviene o mediante un meccanismo del tipo a lame, per indurre sforzi di taglio in materiali plastici, oppure mediante un meccanismo del tipo a impatto, per produrre urti in grado di rompere i materiali fragili.

In nessun caso nei mulini noti allo stato dell’arte la distanza tra i mezzi attuatori (6) ed i mezzi di arresto (12) è mantenuta a dimensioni significativamente superiori alla granulometria massima che si desidera ottenere, definita dal diametro dei fori di scarico del macinato. Anzi, ragionando secondo le logiche note allo stato dell’arte e già descritte, nel caso di utilizzo di fori di 3 mm per consentire lo scarico del macinato, il tecnico del settore implementerebbe distanze reciproche ben inferiori ai 3 mm tra i mezzi attuatori (siano essi lame, martelli, palle o mezzi di altro tipo) ed i rispettivi mezzi di arresto del materiale (siano essi altre lame, parti fisse dello statore o mezzi di altro tipo).

Inoltre in nessuno dei mulini per macinazione noti allo stato dell’arte sono previsti specifici accorgimenti per arrestare il materiale in macinazione all’esterno dell’area spazzata dai mezzi in rotazione (i.e. dagli elementi flessibili e dagli attuatori), con ciò sottraendo il materiale nella zona periferica all’azione diretta dei mezzi meccanici in movimento, ed esponendolo invece unicamente ad urti con altre particelle della massa in fase di macinazione.

La distanza tra i mezzi attuatori (6) ed i mezzi di arresto (12) fa sì che non siano necessari spigoli vivi né sugli uni né sugli altri. Gli spigoli vivi delle lame sono, come è noto, i primi elementi che si usurano nei mulini. Il fatto di non richiederne la presenza riduce drasticamente la frequenza e la gravosità degli interventi di manutenzione, contribuendo insieme a tutti gli altri accorgimenti appena descritti a contenere i costi complessivi (energetici e di manutenzione) per tonnellata di macinato ottenuto.

Peraltro la possibilità di realizzare sia i mezzi attuatori che i mezzi di arresto senza spigoli vivi riduce i costi di realizzazione degli elementi del macchinario ed aumenta l’efficacia e la durata dei trattamenti, come quello di incrudimento, volti ad aumentare la durezza del materiale.

La differenza costruttiva appena esposta tra il modo di costruzione preferenziale ed i mulini noti allo stato dell’arte (ed altre differenze che saranno descritte nel seguito) deriva infatti dal diverso processo di macinazione implementato, anch’esso oggetto della presente invenzione.

Il processo di macinazione secondo l’invenzione comprende infatti i passi di: (i) introdurre, in un mulino o dispositivo similare, una matrice eterogenea comprendente materiali plastici e materiali fragili di pezzatura variabile;

(ii) conferire, tramite opportuni mezzi attuatori, energia cinetica a detta matrice eterogenea, proiettando i materiali della matrice ad alta velocità contro opportuni mezzi di arresto fissi, configurati in maniera tale da poter trattenere, removibilmente, il materiale proiettato contro di essi in una regione dello spazio esterna rispetto al volume interessato dal movimento di detti mezzi attuatori;

(iii) procedere alla macinazione per effetto degli urti che avvengono tra il materiale proiettato dai mezzi attuatori ed il materiale accumulato su detti mezzi di arresto;

(iv) scaricare la porzione del materiale in lavorazione che sia stata ridotta al di sotto di un diametro massimo prefissato.

Costituisce elemento preferenziale del processo appena descritto che la velocità dei mezzi attuatori utilizzati per conferire energia cinetica al materiale sia compresa tra 20 e 60 m/s. Preferibilmente detta velocità è compresa tra 30 e 55 m/s, ed ancor più preferibilmente 40 e 50 m/s. Secondo test effettuati dai proponenti, l’utilizzo dei range di velocità appena indicati per i mezzi attuatori consente di ottimizzare la resa oraria del processo e di minimizzare i consumi energetici per tonnellata di materiale trattato.

Preferibilmente inoltre il processo è implementato in macchine che consentono l’alimentazione continua del materiale da lavorare e lo scarico continuo del materiale macinato.

Preferibilmente inoltre i mezzi attuatori mobili ed i mezzi di arresto fissi non raggiungono mai, durante il processo, distanze reciproche inferiori alla dimensione della massima granulometria consentita per lo scarico del macinato.

Come si può osservare, il processo implementato non comprende alcuna fase di taglio, schiacciamento o operazioni similari del materiale tra due parti della macchina che implementa il processo, ma esclusivamente l’ottenimento di urti tra le particelle della matrice in macinazione.

Per questo motivo, nel modo preferenziale di realizzazione appena descritto, i mezzi attuatori (6) sono vincolati all’albero rotante (7) per mezzo di elementi flessibili (61). In questa maniera, laddove durante il funzionamento una particella di dimensioni superiori alla distanza tra i mezzi attuatori ed i mezzi di arresto si trovi compressa tra i due, si osserverebbe una flessione degli elementi flessibili (61) che allontanerebbe i mezzi attuatori (6) dai mezzi di arresto (12), non obbligando la macchina a schiacciare né a tagliare il materiale tra due parti della stessa macchina.

In altri termini, se l’urto tra la massa di materiale trascinata in rotazione e la massa accumulata sui mezzi di arresto (12) avviene con superamento dello sforzo massimo previsto dall’analisi cinematica di progetto della macchina, la flessibilità degli elementi (61) consente al collegamento di allontanare i mezzi attuatori (6) dalla massima circonferenza su cui si dispongono per effetto della forza centrifuga, aumentando così la distanza tra attuatori (6) e mezzi di arresto (12).

Si specifica che con il processo appena descritto, implementato per mezzo di una macchina del tipo descritto, sono stati registrati elevati valori di produttività, compresi tra 2.0 e 3.5 ton/h per ogni m<3 >di volume della camera macinante, e un basso consumo energetico, compreso tra 40 e 80 kWh per ogni tonnellata di materiale trattato.

E’ opportuno specificare che il consumo energetico espresso in kWh/tonnellata di materiale trattato, ha valenza in assoluto. La produttività volumica, invece, è di comune impiego per le macchine di macinazione commerciali, e per questo motivo è stata utilizzata come indicatore anche per la macchina dell’invenzione.

La macchina dell’invenzione attua un principio di trasferimento di potenza principalmente per urti utili concentrati in prossimità della periferia cilindrica circolare del tamburo statore. Pertanto, a stretto rigore, si dovrebbe parlare di produzione di macinato “per unità di superficie”, e di regole di scala di capacità in base alla superficie cilindrica del tamburo statore. Tuttavia la produttività verrebbe così espressa secondo un indice non in uso, ed in pratica poco comprensibile, e pertanto il distintivo indice di produttività fornito sopra resta secondo le unità di uso comune.

I valori di produttività e di consumo specifico appena indicati sono riferiti alla macinazione di vari lotti di rifiuti urbani indifferenziati, forniti alla macchina sotto forma di materiale grossolano ottenuto da un pretrattamento con vagli a luce libera di 90 mm, fino all’ottenimento di un macinato di dimensione media ponderale di 1 mm, con l’estremo superiore della distribuzione (definito dal diametro dei fori sul tamburo) pari a 3 mm.

La variabilità nei valori appena indicati discende, come si può facilmente intuire, dalla variabilità nelle caratteristiche della miscela in ingresso. In particolare, al salire della percentuale di componenti plastiche nella miscela da macinare salgono i consumi specifici.

Si specifica tuttavia che il processo di macinazione secondo l’invenzione non presenta sostanziali decadimenti di efficacia al diminuire delle dimensioni massime ammesse per il macinato, se non un ovvio aumento dei consumi specifici per tonnellata di prodotto. Naturalmente è possibile ottenere macinati di granulometria maggiore aumentando ulteriormente la produttività specifica e diminuendo il consumo energetico. Ad esempio si possono ottenere in questo modo macinati con granulometria massima di 5 o 10 mm, semplicemente variando la dimensione dei fori sul mantello del tamburo (1)

Elemento essenziale del processo secondo l’invenzione è che l’energia alimentata per mezzo dell’albero rotante viene trasmessa in massima parte agli elementi attuatori (6). In massima parte significa che la percentuale di energia cinetica fornita ai mezzi attuatori (6) rispetto al totale dell’energia cinetica alimentata alla macchina è compresa tra il 50 ed il 90%. Questo significa che nella zona periferica della macchina è concentrata la massima parte dell’energia fornita alla macchina. Poiché in questa zona le velocità sono massime, si tratta di energia che può produrre urti utili alla macinazione (cioè urti a seguito dei quali il materiale si frantuma).

Nel processo appena descritto è quindi estremamente limitata la quota di energia trasmessa al materiale solido in lavorazione a bassa velocità, energia che produce urti inefficaci ai fini della macinazione e genera calore.

Eventualmente il processo secondo l’invenzione, può comprendere il passo di aggiungere acqua al materiale da macinare, al fine di limitare l’aumento di temperatura causato dalla lavorazione. La necessità o meno dell’aggiunta di acqua dipende dalla tipologia di materiale da macinare, che potrebbe già comprenderne a sufficienza.

I materiali solidi che possono esser trattati per mezzo del processo secondo l’invenzione comprendono materiali fragili caratterizzati da un modulo di Young maggiore di 10<4 >MPa e minore di 10<5 >MPa, preferibilmente in miscela con materiali plastici e/o fibrosi aventi modulo di Young minore di 10<4 >MPa.

A titolo di esempio non limitativo possono essere trattate miscele contenenti uno o più dei seguenti materiali: metalli (come ad esempio l’alluminio), materiali organici (biomasse di varia natura, legno), rifiuti solidi urbani da raccolta indifferenziata, rifiuti urbani da raccolta differenziata (es. la frazione plastica, il vetro), gomme.

E’ il caso di specificare che nella realtà industriale molti materiali definiti “gomme” sono composti molto ricchi di cariche minerali, dove componenti con modulo di Young maggiore di 10<4 >MPa e minore di 10<5 >MPa possono anche superare il 30% della composizione.

Pertanto materiali misti va inteso non solo per effetto di caratteristiche di eterogeneità merceologica, ma anche nel senso di composizione chimica di base.

In definitiva la presente invenzione fornisce un processo di macinazione a bassi consumi energetici per matrici eterogenee ed ottenimento di granulometrie fini che è pertanto in grado di rendere competitive molte tecniche di trattamento rifiuti oggi non convenienti, dal momento che consente di:

- Aumentare la densità in mucchio del materiale macinato (aumento dal 50 al 100%) rispetto al materiale grossolano entrante, così da ridurre il numero di automezzi necessari al trasporto del rifiuto nella catena logistica ed il conseguente inquinamento ambientale;

- Migliorare l’efficienza di tecnologie di separazione merceologica del rifiuto, come la selezione balistica e la selezione aeraulica, aumentando così la quota di materiale riciclato al reimpiego

- Ridurre le emissioni delle tecnologie di combustione del rifiuto per la produzione di energia.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Processo per la macinazione di matrici eterogenee comprendenti materiali fragili e materiali plastici comprendente i passi di: (i) introdurre, in un mulino o dispositivo similare, una matrice eterogenea comprendente materiali plastici e materiali fragili di pezzatura variabile; (ii) conferire, tramite opportuni mezzi attuatori in movimento, energia cinetica a detta matrice eterogenea, proiettando i materiali di detta matrice ad alta velocità contro opportuni mezzi di arresto fissi provvisti su detto mulino; (iii) procedere alla macinazione per effetto degli urti che avvengono tra il materiale proiettato dai mezzi attuatori ed il materiale accumulato su detti mezzi di arresto; (iv) scaricare la porzione del materiale in lavorazione che sia stata ridotta al di sotto di un diametro massimo prefissato. caratterizzato dal fatto che detti mezzi di arresto sono configurati in maniera tale da poter trattenere removibilmente il materiale proiettato contro di essi in una regione dello spazio esterna rispetto al volume interessato dal movimento di detti mezzi attuatori.
2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti mezzi attuatori mobili e detti mezzi di arresto fissi non raggiungono mai, durante il processo, distanze reciproche inferiori alla dimensione della massima granulometria consentita per lo scarico del macinato.
3. 3. Processo secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detti mezzi attuatori mobili e detti mezzi di arresto fissi non raggiungono mai, durante il processo, distanze reciproche inferiori a tre volte la dimensione della massima granulometria consentita per lo scarico del macinato.
4. 4. Dispositivo per la macinazione di matrici eterogenee comprendenti sia materiali fragili che materiali plastici configurato per attuare il processo secondo una delle rivendicazioni precedenti comprendente: - un tamburo forato (1) provvisto di fori (11) sulla propria superficie esterna; - una pluralità di attuatori (6) posizionati all’interno di detto tamburo forato (1), vincolati per mezzo di rispettivi elementi flessibili (61) ad un albero rotante centrale (7), caratterizzato dal fatto che detto tamburo forato (1) comprende inoltre, sulla propria superficie interna, una pluralità di mezzi di arresto (12), configurati in maniera tale da far arrestare il materiale proiettato contro di essi da detti mezzi attuatori, detti mezzi di arresto (12) essendo configurati per causare l’arresto del materiale in fase di macinazione in una zona periferica di detto tamburo forato, non interessata dalla rotazione né di detti elementi flessibili (61) né di detti mezzi attuatori (6), detti mezzi attuatori (6) essendo configurati in maniera tale da mantenersi, durante la loro rotazione intorno a detto albero (7) ad una distanza minima da detti mezzi di arresto (12) superiore al diametro di detti fori (11) presenti su detto tamburo (1).
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 comprendente inoltre - una cassa esterna (2) che racchiude detto tamburo (1), in modo che detti fori (11) mettano in comunicazione l’interno di detto tamburo (1) con lo spazio contenuto tra questo e la cassa esterna (2); - una tramoggia di carico (3) configurata per consentire l’introduzione del materiale da macinare all’interno di detto tamburo (1); - una bocca di scarico (4) configurata per consentire l’espulsione del materiale dallo spazio compreso tra detto tamburo forato (1) e detta cassa (2).
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 o 5 caratterizzato dal fatto che detta distanza minima di detti mezzi attuatori da detti mezzi di arresto (12) è compresa tra 1,3 e 5 volte il diametro di detti fori (11).
7. 7. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 4 a 6 caratterizzato dal fatto che detti mezzi attuatori (6) vincolati a detto albero rotante (7) sono disposti allineati in una pluralità di file, e dette file sono disposte in maniera angolarmente equispaziata
8. 8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7 caratterizzato dal fatto che detti mezzi attuatori sono configurati in maniera tale che, in vista laterale, il loro ingombro assiale cumulato occupi sostanzialmente l’intero sviluppo assiale della macchina.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che, in senso assiale, la luce libera tra mezzi attuatori (6) adiacenti è inferiore rispetto alla luce libera tra elementi flessibili (61) adiacenti
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto detta luce libera tra mezzi attuatori (6) adiacenti è inferiore a 3 volte la misura del diametro (D) di detti fori (11) su detto tamburo forato (1)
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10 caratterizzato dal fatto detta luce libera tra mezzi attuatori (6) adiacenti è inferiore alla misura del diametro (D) di detti fori (11) su detto tamburo forato (1)
12. 12. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 4 a 11 caratterizzato dal fatto che detti elementi flessibili (61) comprendono cavi metallici o catene.
13. 13. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 4 a 12 caratterizzato dal fatto che la forma di detti mezzi attuatori (6) e di detti mezzi di arresto (12) è tale per cui non sono presenti spigoli vivi né sugli uni né sugli altri.