AGGLOMERAZIONE
AGGLOMERAZIONE
. L'agglomerazione è un procedimento largamente impiegato nell'industria metallurgica e chimica per trasformare il materiale minuto o polverulento in pezzi di media e grossa dimensione e di solida consistenza, tali da consentire, con perdite normali, l'ulteriore manipolazione del materiale.
L'agglomerazione viene oggi praticata principalmente in quei materiali che devono subire il trattamento all'alto forno o al forno elettrico e precisamente per il materiale minuto ferrifero che proviene sia come scarto dalle miniere sia come materiale di ricupero (polveri di gas e scorie dell'alto forno), sia da prodotti di flottazione per arricchimento di materiali più poveri, sia come materiale residuo e di ricupero di altre lavorazioni come ceneri di pirite o fanghi rossi residui del trattamento della bauxite per la produzione dell'allumina. È noto, infatti, che non è possibile alimentare gli alti forni o i forni elettrici per la produzione della ghisa con materiale minuto o polverulento; il materiale di carica deve essere in pezzi di più o meno grosse dimensioni, ma sempre di consistenza tale da sopportare senza polverizzarsi la rude manipolazione metallurgica e la forte pressione della carica stessa nell'interno e contro le pareti del forno. Il materiale deve inoltre poter rendere possibile quel sufficiente drenaggio dei gas che si sviluppano nella zona di fusione e che debbono trovare sfogo attraverso la massa del materiale che sovrasta e renderne possibile la graduale discesa senza che si formi quello che si chiama l'"arroccamento" del materiale nella discesa, la conseguente caduta di volumi ingenti di materiale, e la formazione di sacche di gas in pressione che non potendo essere evacuato può determinare pericolose esplosioni.
L'agglomerazione si può effettuare sia mediante bricchettazionte sia mediante processi di sinteraggio. Nel primo caso l'agglomerazione si ottiene medianti presse e il prodotto finale è a forma ben definita e di volute dimensioni: mattoni, mattonelle, cilindri, ovuli, ecc. Nel secondo caso l'agglomerazione si ottiene mediante riscaldamento e l'agglomerato ha un aspetto di massa concrezionata, spugnosa o di noduli grossolanamente rotondeggianti.
In genere la bricchettazione si applica nell'industria del carbone, raramente in metallurgia, dove si ricorre invece al sinteraggio, perché più economico.
Bricchettazione. - Per i procedimenti dì bricchettazione, v. lignite, XXI.
Bricchettazione colloidale. - È un processo così detto dal fatto che effettuando la macinazione del materiale molto spinta in speciali molini con aggiunta di acqua si ha una "dispersione" e che ha qualche analogia con le soluzioni colloidali. Questa sostanza melmosa ha una certa capacità agglutinante e cioè di agglomerare le parti più grosse immerse in essa in modo da dare dopo l'essiccamento una struttura resistente. La macinazione avviene a umido e a grande velocità; con mescolamento successivo si produce una melma vischiosa che si mescola in proporzione di 1/3 e 1/4 della sostanza da agglomerare; la bricchettazione avviene a pressione di 250 ÷ 450 hg./cmq. a caldo (70 ÷ 80°) o a freddo. Il procedimento applicato alla lignite è stato anche sperimenlato con successo per le ceneri di pirite.
Sinteraggio (dal ted. Sinterung; fr. frittage). - I sistemi sono due: 1. agglomerazione in forni rotativi (nodulazione); 2. agglomerazione di una miscela di minuto e carbone in polvere su griglie con aspirazione dal disotto (funzionamento discontinuo: Piccinini, Allmänna; continuo: Dwight Lloyd, Greenawalt e simili).
1. Il sistema con forno rotativo si può impiegare utilmente per l'agglomerazione delle polveri di alto forno e può anche trattare residui di laminazione senza alcuna preparazione; il prodotto è costantemente di una qualità regolare e calibrata fra 20 e 60 mm., misura che si può variare regolando la temperatura della zona di agglomerazione.
Il forno si presenta come un ordinario forno di cemento della lunghezza di 50 a 70 m. con zona terminale allargata; il principio consiste in una riduzione del minerale da trattare (reazione endotermica e quindi bassa temperatura e moderato riscaldamento del materiale che rimane allo stato pulverulento), seguita da una riossidazione nella successiva zona di agglomerazione (reazione esotermica) che facilita il collaggio delle particelle di minerale fra loro, un dispositivo raschiatore a determinati intervalli asporta il materiale che tende a incollare le pareti della zona di agglomerazione nella quale il materiale raggiunge uno stato pastoso verso i 1400°; il materiale caldo scende in un tubo raffreddatore attraverso cui passa e si riscalda l'aria fredda necessaria alla combustione.
L'agglomerazione mediante forni rotativi dà un prodotto più calibrato e costante che non i sistemi descritti in seguito; non dà luogo a scarti o ritorni di produzione; richiede in media intorno a 450 mc. di gas d'alto forno per tonn. di materiale agglomerato; il materiale è però poco poroso.
2. L'agglomerazione per sinteraggio propriamente detta è largamente usata in siderurgia e più particolarmente nel trattamento elettrotermico di minerali minuti al forno elettrico, quali le ceneri di pirite. Il sinteraggio avviene sempre in presenza di minuto di carbone che si aggiunge in proporzioni variabili dall'8 al 12% sufficienti a portare la miscela allo stato incandescente fino a produrre un principio di vetrificazione che si verifica alla temperatura di combustione del carbone (verso i 1300°).
L'ossido ferrico è in parte ridotto a ferroso. E tanto migliore è il sistema di agglomerazione, quanto maggiore è la parte trasformata. La reazione è la seguente:
Per quanto in parte magnetico, l'agglomerato è di facile riduzione perché molto fusibile (mentre la magnetite naturale lo è meno). Insieme con questa più o meno spinta riduzione si ottiene anche una desolforazione che può spingersi fino a ridurre il contenuto di zolfo sotto il 0,05%.
Il più semplice ed economico come spesa di impianto è il sistema Piccinini (seguito fino a poco fa all'Elba, a Servola, a Bagnoli, a Varzo, a Breno e alle Acciaierie Lombarde ed oggi sostituito quasi ovunque con moderni impianti meccanici). Consiste nella sistemazione del terreno in modo da costituire una rete di canali d'aria che partono da un collettore in cui viene immessa l'aria soffiata da un ventilatore; i canali vengono ricoperti con tegoloni di ghisa muniti di feritoie; sulla superficie del terreno così preparato si dispone uno strato di minuto dello spessore di 1 m. mescolato col 10-12% di coke granulato; la combustione attivata dal basso si propaga attraverso lo strato e si arresta allorché per effetto della temperatura raggiunta tutta la massa risulta agglomerata. Demolito il cumulo, dopo il raffreddamento con acqua, lo si riduce in pezzi che risultano di consistenza lapidea, formata da concrezione spugnosa derivante da una incipiente vetrificazione della massa attraverso cui sono circolati i gas di combustione. Il rendimento dell'operazione è dell'80% circa; il resto rimane materiale minuto che richiede un ulteriore trattamento. Il rendimento dell'alto forno è sensibilmente migliore che con materiale ordinario. Il metodo ha il vantaggio di non richiedere che una esigua spesa d'impianto; non è però continuo, richiede forte quota di mano d'opera ed è applicabile solo in determinate circostanze di ubicazione, a causa dei fumi delle polveri e dei gas che si sviluppano, fra cui l'anidride solforosa, i cui effetti sono lamentati fino a grande distanza.
Altro sistema è quello svedese dell'Allmänna praticato in Italia per il sinteraggio della bauxite dalla fabbrica di allumina di P. Marghera e ivi a suo tempo sperimentato con successo per le ceneri di pirite.
Il materiale è disposto in strati di 30-35 cm. di spessore su apposite padelle del diametro di 2 m. aventi a breve distanza dal fondo una griglia di ghisa; un aspiratore è in comunicazione col fondo del recipiente e attiva la combustione che avviene dall'alto al basso avviando il fuoco per mezzo di un sottile strato di materiale facilmente combustibile (tiucioli, segatura) cosparso sulla superficie della carica. Ultimata la combustione, la padella che è munita di due perni diametrali si rovescia con apposita gru in un silo dove, per la caduta, si frantuma in pezzi della dimensione variabile da 10 a 30 cm. Il rendimento dell'operazione è praticamente il 100%, la spesa di mano d'opera e d'energia trascurabile; sensibile invece la spesa d'impianto. Impianti analoghi funzionano da tempo con successo per l'agglomerazione di minuto ferrifero in Svezia. In Russia vi è un impianto capace di 600.000 tonn./anno. A Oskarshamm) in Svezia è in esercizio un impianto di 200.o00 tonn./anno per l'agglomerazione del purple ore.
Nel sistema Dwight Lloyd (continuo), il materiale da agglomerare contenuto in cassette a catena correnti su rotaie passa lentamente e con determinata velocità sopra l'apertura di una cassa di aspirazione di forma allungata; il materiale compie la sua combustione nel tempo che impiega a percorrere il tratto della cosiddetta "cassa a vento"; la combustione è anche in questo caso attivata per aspirazione; a fine corsa uno speciale dispositivo stacca la massa già agglomerata dalle cassette e la rovescia nel silo.
Il costo dell'agglomerato è determinato dai seguenti consumi per tonn. di prodotto finito (a parte il costo del materiale da agglomerare): energia, 15 ÷ 20 kW/ora; combustibile in polvere, 80 ÷ 120 kg.; olio combustibile per accensione, 3 ÷ 4 litri; mano d'opera, 1 ÷ 1,50 ore; lubrificanti, acqua, perdita materiali, 5% del costo totale.