Come Ottimizzare il Processo di Separazione e Selezione nei Rifiuti da Costruzione e Demolizione: Un'Analisi delle Tecniche di Screening e Smistamento

Il processo di separazione dei materiali nei rifiuti da costruzione e demolizione (C&D) riveste un ruolo cruciale nella qualità e nell'efficienza del riciclaggio dei materiali da costruzione. Ogni tipologia di impianto di selezione è progettata per soddisfare specifiche caratteristiche dei materiali trattati, variando in base alla densità del materiale, alla forma delle particelle e alla dimensione della maglia dello schermo. Le tecniche di screening e smistamento, che si concentrano sulla separazione fisica dei materiali in base alle loro caratteristiche, sono essenziali per ottenere materiali riciclati di alta qualità.

La relazione tra la larghezza della maglia dello schermo e il flusso specifico di materiale trattato è inversamente proporzionale alla qualità della separazione. Infatti, a fronte di un aumento della larghezza della maglia, la separazione diventa meno definita, con la conseguente riduzione dell’efficienza. Inoltre, la capacità specifica di trattamento varia notevolmente tra schermi vibrati direttamente e quelli vibra-ramificati, con i primi generalmente in grado di trattare flussi inferiori.

Il processo di smistamento, che consiste nella separazione dei componenti del rifiuto in base alle loro caratteristiche fisiche o chimiche, è strettamente connesso alla qualità del materiale riciclato ottenuto. Per lo smistamento, è fondamentale che i componenti siano separati e non più legati tra loro. I materiali devono differire in almeno una caratteristica che permetta una separazione efficiente. Tra queste caratteristiche, la densità delle particelle è una delle più importanti, con valori che vanno da 30 kg/m3 per materiali isolanti fino a 3000 kg/m3 per alcune pietre naturali. La forma delle particelle e la loro dimensione possono anch'esse essere impiegate nel processo di smistamento, ma la densità rimane la caratteristica primaria nei processi di separazione per via gravimetrica.

Uno degli aspetti determinanti per il successo del processo di smistamento è la selezione delle caratteristiche più adatte in base al tipo di rifiuto trattato. Ad esempio, se il materiale è destinato a diventare un aggregato riciclato per la produzione di calcestruzzo, è più utile ricorrere alla separazione per colore, in quanto la separazione per densità potrebbe non produrre risultati adeguati, dato che il contenuto di mattoni, un materiale potenzialmente problematico, potrebbe superare il limite massimo di tolleranza nel prodotto finale.

In alcune situazioni, l’utilizzo di tecniche come il "float-sink" – che sfrutta la differenza di densità tra i vari componenti e la capacità di questi di galleggiare o affondare in un liquido – è particolarmente utile per separare materiali di densità molto differente. L'efficienza di questi metodi dipende molto dalle caratteristiche fisiche dei materiali in ingresso, nonché dalla capacità del sistema di gestire particelle di dimensioni e densità variabili.

In definitiva, la chiave del successo nella separazione dei rifiuti da costruzione e demolizione risiede nella comprensione approfondita delle proprietà fisiche dei materiali trattati, nonché nell'adozione delle tecniche di screening e smistamento più adatte. Solo un'accurata analisi delle caratteristiche del materiale e un attento adattamento delle tecniche di separazione permettono di ottenere un riciclato di alta qualità, riducendo al minimo gli scarti e ottimizzando il processo produttivo.

Come Funziona la Separazione delle Particelle nel Recupero dei Materiali da Costruzione e Demolizione?

La separazione delle particelle, un processo fondamentale nella gestione dei rifiuti da costruzione e demolizione, si basa sul concetto di velocità di sedimentazione delle particelle in un fluido, sia esso aria o acqua. Questo processo avviene grazie all'equilibrio tra la forza di gravità, la spinta di Archimede e la resistenza del fluido. Le particelle più leggere, con una velocità di sedimentazione inferiore rispetto alla velocità del flusso, vengono trasportate dal flusso stesso, mentre quelle più pesanti seguono la gravità, separandosi dal flusso e formando la frazione pesante.

La velocità di sedimentazione di una particella in un fluido può essere calcolata utilizzando formule che tengono conto della densità della particella, delle sue dimensioni e della sua forma, nonché delle proprietà del fluido. In generale, il modello delle particelle sferiche viene utilizzato per calcolare la velocità di sedimentazione, ma in situazioni reali, le particelle non sono sempre sferiche e presentano forme irregolari, come nel caso di schegge o particelle piatte, che alterano il coefficiente di resistenza aerodinamica (cw), diminuendo la velocità di sedimentazione rispetto alle particelle sferiche.

Quando le particelle non hanno una forma sferica, la relazione tra volume e area frontale, che è cruciale per determinare la resistenza all'aria, cambia significativamente. Ad esempio, film e fogli hanno una minore relazione V/A e un coefficiente di resistenza più elevato rispetto alle particelle sferiche, riducendo la loro velocità di sedimentazione e facilitando la loro separazione nel flusso d'aria. Al contrario, le particelle allungate, come le schegge di legno, possono comportarsi in modo imprevedibile a seconda di come vengono colpite dal flusso d'aria, influenzando il loro comportamento di separazione.

In un processo di separazione in aria, la velocità di sedimentazione delle particelle varia notevolmente in funzione della densità della particella. Per esempio, le particelle con densità inferiore a 400 kg/m³ possono essere trasportate dal flusso d'aria, mentre quelle più dense si separano e si raccolgono come materiale pesante. In un fluido come l’acqua, la velocità di sedimentazione è notevolmente inferiore rispetto all'aria, ma il principio rimane lo stesso: particelle con densità inferiore al flusso si separano come materiale leggero, mentre quelle più dense formano la frazione pesante.

Un aspetto importante che influisce sulla separazione delle particelle è la loro porosità. La porosità dei materiali da costruzione, che permette loro di assorbire acqua durante il processo di separazione, può aumentare notevolmente la densità effettiva delle particelle, soprattutto quelle più leggere. Ad esempio, una particella con densità di 800 kg/m³ in stato secco può raggiungere una densità di 1500 kg/m³ quando satura di acqua. Questo fenomeno riduce l’efficacia della separazione, poiché la differenza di velocità di sedimentazione tra le particelle si riduce.

Il processo di separazione a umido è particolarmente utile per i materiali che presentano particelle di dimensioni molto eterogenee, come i materiali da costruzione e demolizione. La separazione avviene in base alla densità, ma anche alla dimensione delle particelle, che deve essere uniforme per ottenere risultati ottimali. Con particelle di dimensioni troppo diverse, la separazione diventa meno efficace.

Un ulteriore elemento da considerare è il flusso del materiale durante la separazione. Ad esempio, nei processi di separazione con flusso d’aria, le particelle più piccole e leggere vengono sollevate e rimosse dal flusso, mentre quelle più grandi e pesanti tendono a sedimentarsi più rapidamente. Tuttavia, la velocità del flusso d'aria e la disposizione del materiale influiscono notevolmente sull'efficacia della separazione.

Il processo di separazione deve quindi essere adattato al tipo di materiale e alle specifiche esigenze del processo di riciclo, tenendo conto della dimensione, della forma e della densità delle particelle. La combinazione di tecniche meccaniche e aerodinamiche, insieme alla comprensione dei principi fisici che governano la sedimentazione, permette di ottenere separazioni precise ed efficienti, che sono fondamentali per il recupero e il riciclo dei materiali da costruzione e demolizione.

Come migliorare il riciclo dei materiali da costruzione attraverso il trattamento termico

L'impiego del trattamento termico per il riciclo dei materiali da costruzione ha guadagnato una crescente attenzione grazie ai suoi potenziali vantaggi energetici ed ecologici. Un approccio innovativo prevede l'uso di materiali edilizi come il gesso, che, sottoposto a decomposizione termica a temperature adeguate, produce ossido di calcio (CaO), integrato poi nella matrice di granuli espansi. Questo processo consente di recuperare il solfato che passa nei gas di scarico, il quale può essere successivamente recuperato come gesso per la desolforazione dei gas di combustione.

Il trattamento termico offre numerosi vantaggi energetici rispetto ai metodi tradizionali di produzione di aggregati leggeri, come quelli a base di argilla espansa. La deidratazione dell'argilla, che è un processo energivoro, viene già eseguita durante la produzione del materiale da costruzione primario, eliminando la necessità di ripetere questa fase successivamente. In altre parole, l'uso di materiali da demolizione e recupero, trattati termicamente, riduce significativamente i consumi energetici rispetto ai processi tradizionali.

Al di là di questi vantaggi energetici, il trattamento termico permette di ottenere aggregati leggeri con densità simili a quelle dell'argilla espansa. Esperimenti di laboratorio, condotti in forni rotativi, hanno dimostrato che è possibile produrre questi aggregati in volumi significativi, sufficienti per applicazioni industriali (fig. 10.27 e 10.28). L'efficacia di questa tecnologia ha già superato la fase sperimentale e si sta avvicinando alla sua realizzazione tecnica su larga scala.

Tuttavia, nonostante i progressi tecnici, il riciclo dei materiali da costruzione rimane ancora nella fase iniziale. I metodi utilizzati in passato sono caduti nel dimenticatoio, come dimostra l'esempio di un impianto di riciclo complesso descritto nel Capitolo 1. In questo impianto, il trattamento termico cambia la composizione mineralogica dei materiali di partenza, creando nuove proprietà tecniche. Il riciclo dei materiali di scarto edile, se misurato attraverso il ciclo delle rocce, rappresenta il primo passo verso una "metamorfosi" dei rifiuti da costruzione e demolizione.

Uno degli aspetti più promettenti di questa tecnologia è la possibilità di ottenere materiali da costruzione innovativi e ad alte prestazioni, che potrebbero ridurre drasticamente il bisogno di risorse vergini e diminuire la quantità di rifiuti da costruzione destinati alle discariche. L'introduzione su larga scala di questi materiali da riciclo termico rappresenterebbe una rivoluzione nel settore delle costruzioni, con un impatto positivo sull'ambiente e sull'economia globale.

È cruciale che il settore edilizio non solo abbracci queste nuove tecnologie, ma che anche le politiche pubbliche e le normative in materia di costruzione si allineino per favorire il riciclo dei materiali. La ricerca e l'innovazione devono continuare a esplorare nuove possibilità per ottimizzare i processi di trattamento termico e aumentare l'efficienza energetica, riducendo al contempo i costi. A questo scopo, il riciclo termico potrebbe svolgere un ruolo fondamentale nel promuovere l'economia circolare, un modello che sta guadagnando sempre più consensi nel mondo della produzione industriale.

L'interazione tra tecnologia, scienza dei materiali e gestione dei rifiuti è il futuro della sostenibilità nel settore delle costruzioni. È imperativo che i professionisti del settore, i ricercatori e le autorità regolatorie collaborino per integrare queste innovazioni e rendere il riciclo dei materiali da costruzione una pratica comune. L'adozione su larga scala di aggregati leggeri da materiale da demolizione trattato termicamente potrebbe ridurre la dipendenza dai materiali tradizionali, migliorare l'efficienza energetica e, soprattutto, favorire un impatto ambientale significativamente più basso.