trattamento di rifiuti industriali - Antonio.licciulli.unile.it

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI LECCE 

Corso Di Laurea Specialistica In Ingegneria Dei Materiali 

Tecnologia dei materiali ceramici 

“TRATTAMENTO DI RIFIUTI INDUSTRIALI” 

Dalla Stabilizzazione/Solidificazione alla Vetrificazione 

Prof. 

A. Licciulli 

Anno accademico 2005/06 

Studente: 

GiovanniTarantino

Tecnologia dei materiali Ceramici “TRATTAMENTO DI RIFIUTI INDUSTRIALI” 

Giovanni Tarantino, prof. Antonio Licciulli Dalla Stabilizzazione/Solidificazione alla Vetrificazione 

INDICE 

1 GENERALITÀ ____________________________________________________________________________ 2 

2 PROCESSI DI STABILIZZAZIONE/SOLIDIFICAZIONE _______________________________________ 3 

2.1 PROCESSI A BASE DI REAGENTI INORGANICI ____________________________________ 4 

2.1.1 PROCESSI A BASE DI CEMENTO/SILICATI _______________________________________________ 4 

2.1.1.1 Processi di cementazione a base neutra_______________________________________________ 5 

2.1.1.2 Processi di cementazione a base acida _______________________________________________ 5 

2.1.2 PROCESSI DI CEMENTAZIONE A BASE DI CALCE __________________________________________ 6 

2.1.3 PROCESSI DI CEMENTAZIONE A BASE DI ARGILLA ________________________________________ 6 

2.1.4 INTERAZIONI DEL RIFIUTO __________________________________________________________ 7 

2.1.5 I PARAMETRI DI PROCESSO __________________________________________________________ 8 

2.2 PROCESSI A BASE DI REAGENTI ORGANICI_______________________________________ 9 

2.3 ESEMPI DI RIFIUTI ATTI AL PROCESSO DI STABILIZZAZIONE/SOLIDIFICAZIONE _ 10 

3 VETRIFICAZIONE _______________________________________________________________________ 11 

3.1 FASI DEL PROCESSO [4]_________________________________________________________ 12 

3.1.1 SCELTA DEI RIFIUTI ______________________________________________________________ 12 

3.1.2 FORMULAZIONE DI VETRI MODELLO _________________________________________________ 14 

3.1.3 MISCELE VETRIFICABILI E LORO COMPOSIZIONE ________________________________________ 17 

3.1.4 FORNI FUSORI ___________________________________________________________________ 26 

3.1.5 SISTEMI DI TRATTAMENTO DEI GAS __________________________________________________ 29 

4 CONCLUSIONI___________________________________________________________________________ 33 

5 BIBLIOGRAFIA __________________________________________________________________________ 34 

1/34



1 GENERALITÀ 

I rifiuti sono oramai entrati in un ciclo produttivo che prevede un uso razionale delle risorse, 

con uno stimolo al recupero dei materiali e delle energie. Le diverse strategie impiegate sia a livello 

comunitario, che nazionale che locale portano a considerare il rifiuto all’interno del Ciclo di Vita 

dei prodotti, promuovendo tutte le azioni tendenti a ridurne l’impatto ambientale, a prevenirne la 

produzione e tossicità e a valorizzare, secondo le specifiche peculiarità fisico-chimiche, il rifiuto 

stesso. 

I rifiuti e l’emergenza che spesso ne deriva per il loro mancato corretto smaltimento, 

rappresentano ormai un importante Indicatore Ambientale di riferimento per definire la qualità 

dell’ambiente. Alla base di ogni strategia che riguardi l’ambiente, dagli interventi di prevenzione, 

risanamento e di controllo ambientale, al campo della Education e della Formazione, vi deve essere 

la conoscenza dei meccanismi che regolano l’interazione fra inquinamento ed i vari comparti 

ambientali e degli effetti che ne possono derivare. 

In questo approccio viene considerata la chimica dell’ambiente come lo studio dei processi 

che intervengono nei vari comparti ambientali anche in relazione agli inquinanti che vi sono 

immessi e agli impatti provocati. Si tratta di analizzare e comprendere i vari aspetti della gestione 

dei rifiuti dalla loro produzione al loro totale dimessa. 

Ogni operazione necessità però di procedure di riferimento, validazione e certificazione dei 

risultati. Nel caso dei rifiuti tale procedura viene rigorosamente seguita considerando che qualsiasi 

operazione, dalla produzione all’uso di tecnologie di trattamento comporta un’interazione con 

diversi comparti ambientali e principalmente: l’incenerimento con l’atmosfera, la discarica con il 

suolo e l’idrogeologia ed all’interno dei vari comparti ambientali, con la biosfera.[1] 

Per questo motivo le tendenze comunitarie spingono verso nuove tipologie di approccio al 

problema rifiuti. In base al tipo di “rifiuto” i trattamenti che possono essere impiegati vanno 

dall’incenerimento o discarica, a processi più innovativi di inertizzazione vera e propria che 

possono portare nella migliore delle ipotesi anche a un totale riciclo dei materiali utilizzati o nel 

caso di materiali detti “pericolosi” ad una migliore messa in sicurezza nel tempo. 

Secondo il decreto legislativo 5 febbraio 1997 n. 22, che costituisce la norma quadro di 

riferimento in materia di rifiuti, il nuovo sistema di classificazione dei rifiuti si basa sulla loro 

origine (rifiuti urbani e rifiuti speciali) e sulla loro pericolosità (pericolosi e non pericolosi). 

Sono definiti rifiuti urbani: 

a) i rifiuti domestici, anche ingombranti, provenienti da locali e luoghi adibiti ad uso di 

civile abitazione; 

b) i rifiuti non pericolosi provenienti da locali e luoghi adibiti ad usi diversi da quelli di 

cui alla lettera a), assimilati ai rifiuti urbani per qualità e quantità, ai sensi 

dell'articolo 21, comma 2, lettera g) del decreto medesimo; 

c) i rifiuti provenienti dallo spazzamento delle strade; 

d) i rifiuti di qualunque natura o provenienza, giacenti sulle strade ed aree pubbliche o 

sulle strade ed aree private comunque soggette ad uso pubblico o sulle spiagge 

marittime e lacuali e sulle rive dei corsi d'acqua; 

e) i rifiuti vegetali provenienti da aree verdi, quali giardini, parchi e aree cimiteriali; 

f) i rifiuti provenienti da esumazioni ed estumulazioni, nonché gli altri rifiuti 

provenienti da attività cimiteriale diversi da quelli di cui alle lettere b), c) ed e). 

Vengono classificati come rifiuti speciali: 

a) i rifiuti da attività agricole e agro-industriali; 

2/34



b) i rifiuti derivanti dalle attività di demolizione, costruzione, nonché i rifiuti pericolosi 

che derivano dalle attività di scavo; 

c) i rifiuti da lavorazioni industriali; 

d) i rifiuti da lavorazioni artigianali; 

e) i rifiuti da attività commerciali; 

f) i rifiuti da attività di servizio; 

g) i rifiuti derivanti dalle attività di recupero e smaltimento di rifiuti, i fanghi prodotti 

dalla potabilizzazione e da altri trattamenti delle acque e dalla depurazione delle 

acque reflue e da abbattimento di fumi; 

h) i rifiuti derivanti da attività sanitarie; 

i) i macchinari e le apparecchiature deteriorati ed obsoleti; 

j) l) i veicoli a motore, rimorchi e simili fuori uso e loro parti.[2] 

L'inertizzazione dei rifiuti solidi pericolosi è considerata la strada tecnicamente migliore per 

prevenire il rilascio verso l'ambiente dei composti tossici-nocivi in essi contenuti. In questo modo, i 

residui vengono resi adatti alla posa in discariche convenzionali od eventualmente riciclati ad 

esempio come prodotti utili per l'edilizia o materiale di riporto per le costruzioni stradali. 

Sono oggi disponibili differenti processi chimico-fisici di inertizzazione, che consentono in 

una certa misura l'immobilizzazione delle sostanze inquinanti in essi contenute. Si tratta di processi 

di stabilizzazione-solidificazione con leganti idraulici a base di reagenti inorganici (cemento, 

calce, argilla, ecc.), stabilizzazione-solidificazione con reagenti organici (materie termoplastiche) 

e vetrificazione (trasformazione del rifiuto tossico-nocivo in una massa solida vetrosa ed inerte) 

[3]. 

2 PROCESSI DI STABILIZZAZIONE/SOLIDIFICAZIONE 

I processi di inertizzazione mediante stabilizzazione/solidificazione sono finalizzati a ridurre 

la mobilità degli inquinanti presenti nel rifiuto, attraverso una duplice azione di fissazione chimica e 

strutturale del rifiuto all’interno di una matrice inerte. Essi constano di due fasi, così definite 

dall’EPA (Environmental Protection Agency americana): 

• per stabilizzazione s’intende quell’insieme di tecniche che è in grado di ridurre il 

potenziale pericoloso del rifiuto attraverso la conversione dei contaminanti nella loro forma 

meno solubile, meno mobile e meno tossica; 

• per solidificazione invece s’intende quell’insieme di tecniche che operano la 

trasformazione del rifiuto in una massa solida ad alta integrità strutturale. 

Si ottiene così una riduzione sia della superficie di contatto tra il rifiuto e le acque di 

percolazione sia della mobilità dell’inquinante nel rifiuto per effetto della sua fissazione (chimica e 

fisica) conferendo al prodotto quei requisiti di innocuizzazione desiderati. 

Tali processi possono trovare applicazione presso l’industria nell’ambito del ciclo produttivo 

e/o depurativo in cui è prodotto il rifiuto, presso una piattaforma collettiva (cui conferiscono i propri 

rifiuti le diverse aziende) oppure direttamente nelle zone di discarica per trattare rifiuti freschi in 

arrivo e/o bonificare rifiuti già depositati in passato in condizioni non idonee. È importante rilevare 

che data la spiccata “non specificità” dei processi in questione si è in grado di raccogliere e trattare 

svariati tipi di rifiuti. In via del tutto generale, le fasi che caratterizzano un processo di 

stabilizzazione/ solidificazione sono le seguenti: 

• classificazione iniziale, indispensabile per selezionare i rifiuti idonei al trattamento 

• pretrattamento, che può essere costituito da vari tipi di processi sia fisici sia chimici. Tale 

fase, dipendendo dalla natura del rifiuto, non è sempre indispensabile 

3/34



• miscelazione del rifiuto con i reagenti, tramite reattori operanti sia in batch sia in continuo; 

sono proprio i reattivi impiegati a differenziare i vari processi 

• smaltimento del rifiuto, la cui destinazione finale è normalmente costituita da discarica 

controllata. Sono per cui i reattivi impiegati a determinare le caratteristiche dei processi e dei 

prodotti di inertizzazione. Una prima classificazione può essere fatta tra: 

• reagenti inorganici a base di cemento/silicati, calce, argilla ecc.; 

• reagenti organici a base di sostanze termoplastiche o polimeri. 

Questi ultimi richiedono tecnologie più sofisticate dei primi. Infatti nel caso delle sostanze 

termoplastiche è necessario portare il rifiuto, addizionato ad asfalto o bitume, a temperature al di 

sopra dei 100°C per consentire la fusione degli additivi che raffreddando daranno origine ad una 

struttura solida in grado di imprigionare l’inquinante con un meccanismo puramente fisico. Con i 

processi a base di polimeri organici si miscela al rifiuto un monomero che, in presenza di un 

catalizzatore e ad una temperatura adeguata, polimerizza incapsulando nella struttura polimerica il 

rifiuto. 

Da questa sommaria descrizione si può già intuire che i processi a base di reattivi organici, 

pur presentando grandi vantaggi quali l’elevato rendimento di fissazione, le piccole quantità di 

reagenti richieste e l’elevata densità del prodotto finale, trovano scarsa applicazione essenzialmente 

per motivi economici (i costi dei reagenti, delle apparecchiature e di energia sono maggiori di quelli 

relativi ai reagenti inorganici) e gestionali (necessità di impiegare manodopera specializzata). 

Nel seguito quindi saranno trattati i processi di cementazione (a base neutra o a base acida), 

cementazione a base di calce e cementazione a base di argilla che, grazie al basso costo dei reagenti, 

alla semplice tecnologia ampiamente applicata nel settore dell’edilizia, ai contenuti costi di 

investimento e alla facile realizzazione e gestione degli impianti, rappresentano la maggior parte 

delle applicazioni su scala industriale. 

2.1 PROCESSI A BASE DI REAGENTI INORGANICI 

Sono i sistemi più ricorrenti, e gli unici praticamente utilizzati su discreta scala fino ad oggi 

in Italia; si distinguono per l’aggiunta al rifiuto rispettivamente di: 

• cemento/silicati • calce • argilla 

Le tecnologie che realizzano questi trattamenti a livello industriale sono estremamente 

semplici, in quanto basate su tradizionali operazioni di miscelazione, trasporto e pompaggio. 

2.1.1 Processi a base di cemento/silicati 

Il trattamento di stabilizzazione/solidificazione a base di cemento/silicati utilizza il normale 

processo di presa del cemento come metodo per imprigionare il rifiuto nella stessa matrice 

cementizia. L’interpretazione del fenomeno di presa del cemento è identificabile in due stadi: nel 

primo si formerebbe uno strato gelatinoso e semipermeabile di silicato di calcio idrato sulla 

superficie dei grani di silicato di calcio; nel secondo, attraverso un meccanismo di tipo osmotico, a 

partire da tale strato si generano protuberanze fibrillari (tale effetto di rigonfiamento è dovuto alla 

soluzione della calce liberata dalla decomposizione dei silicati) che, aumentando rapidamente di 

numero e lunghezza, vanno a formare una vera e propria rete responsabile del fenomeno di presa. 

Nel momento in cui l’idratazione del cemento avviene a contatto con il rifiuto, l’inquinante 

viene inglobato in questa rete di gel rigonfiati. Con questa tecnica si ottiene un prodotto monolitico, 

a basso rapporto area superficiale/volume e a bassa permeabilità. Vengono comunemente usati il 

cemento Portland nelle varie versioni a più o meno presa rapida e a più o meno alto contenuto di 

4/34



allumina a seconda del rifiuto da trattare, insieme a vari additivi fra cui le ceneri. La tecnica è adatta 

anche a trattare rifiuti con alto contenuto di acqua. 

Il processo presenta i seguenti vantaggi: 

• il cemento e gli altri additivi sono facilmente disponibili a prezzi ragionevoli 

• la tecnica per la lavorazione del cemento è ben sviluppata 

• le apparecchiature necessarie sono facilmente disponibili 

• il processo sopporta notevoli variazioni chimiche nel refluo da trattare 

• si può intervenire sulla resistenza e sulla permeabilità del prodotto mediante variazioni 

delle dosi di cemento 

• i prodotti di alcuni processi possono essere riciclati 

• le proprietà fisiche del prodotto finale possono essere variate in funzione delle quantità di 

additivi aggiunti 

D’altra parte i principali svantaggi sono: 

• i prodotti a bassa resistenza possono essere attaccati dagli acidi, provocando il rilascio del 

materiale fissato 

• possono essere necessari pretrattamenti, tipi di cemento speciali o additivi costosi quando 

nel rifiuto sono presenti sostanze che agiscono sulla presa e sulla resistenza del cemento 

• il cemento e gli additivi aumentano la massa del rifiuto da smaltire 

A seconda del pH del rifiuto al momento del dosaggio del reagente, i trattamenti di 

cementazione possono essere a base neutra e a base acida. 

2.1.1.1 Processi di cementazione a base neutra 

In questi processi, al momento del dosaggio del reagente, il pH del rifiuto è neutro (o 

basico). I processi chimico-fisici che possono intervenire tra i leganti utilizzati ed il rifiuto sono i 

seguenti: 

• Precipitazione: l’aggiunta di cemento fa aumentare la concentrazione di ioni calcio, i quali 

formano con gli anioni presenti nel rifiuto sali con bassa solubilità che precipitano facilmente 

favorendo così la solidificazione. L’alcalinità dell’ambiente favorisce anche la formazione e 

precipitazione di idrossidi insolubili di metalli pesanti. 

• Complessazione: in condizioni di pH basico (come quelle che si creano per l’addizione di 

cemento) si ha la possibilità che i composti idrati semplici formino complessi insolubili (soprattutto 

alluminati) capaci di legare nella formula numerosi anioni del tipo alogenuri, nitrati, permanganati, 

ecc. Inoltre il silicato tricalcico reagisce con ossidi ed idrossidi di metalli formando idrossidi 

complessi. In tal modo metalli come zinco, rame, cromo trivalente, ferro, nichel, manganese, 

arsenico vengono fissati dal silicato tricalcico. 

• Adsorbimento: è un processo di importanza non trascurabile atteso il fatto che l’idratazione 

del cemento si accompagna ad un notevole incremento della sua superficie specifica, che si trova in 

condizioni di attivazione per la presenza della silice. Questo fatto rende possibile il verificarsi di 

reazioni di adsorbimento che portano in genere alla formazione di composti meno solubili. 

• Fissazione fisica: oltre ai meccanismi di natura chimica sopra citati, si verifica un 

intrappolamento fisico di tutte le sostanze (comprese quelle non reattive) all’interno della matrice 

cementizia. 

2.1.1.2 Processi di cementazione a base acida 

I Processi di cementazione a base acida sono caratterizzati da un valore di pH acido al 

momento dell’aggiunta dei reattivi. Le fasi che caratterizzano il processo sono le seguenti: 

• Acidificazione del rifiuto fino a pH 1-2.5 al fine di conseguire la solubilizzazione completa 

dei cationi metallici. Può essere utilizzato in questa fase un qualunque acido inorganico (solforico, 

cloridrico, nitrico); nella pratica vengono spesso usati rifiuti liquidi acidi. 

5/34



• Formazione dell’acido silicico monomero, mediante aggiunta alla soluzione acida di scorie 

di altoforno (loppa) o di fonderia contenenti silicati e di altro acido di scarto per mantenere il pH in 

un campo compreso tra 1 e 2.5; tale campo di pH è indispensabile per mantenere stabile l’acido 

silicico monomero, premessa per un’efficace fissazione dell’inquinante. 

• Polimerizzazione dell’acido silicico, per l’effetto dell’aggiunta di latte di calce o di soda. 

Durante la polimerizzazione il gruppo Si(OH) si deprotona legando nelle sue catene gli ioni dei 

metalli presenti. 

• Cementazione per aggiunta di loppa e calce al polimero siliceo preformato e conseguente 

miglioramento delle caratteristiche del prodotto prima dello smaltimento in discarica controllata. 

La singolarità di questa tipologia di processo sta nel fatto che il pH al quale gli acidi silicici 

e i metalli interagiscono è inferiore al pH di precipitazione degli idrossidi degli stessi metalli; 

pertanto, quando aumenta il pH a causa della iniziale acidificazione, le strutture polimeriche 

possono interagire con i metalli prima che questi, precipitando come idrossidi, divengano non 

reattivi. 

Tale teoria è stata avvalorata da analisi spettrofotometriche che evidenziano la formazione di 

legami Si-O-Me al posto dei legami Si-O-Si. 

2.1.2 Processi di cementazione a base di calce 

La calce, in combinazione con materiali pozzolanici, dà luogo ad una matrice di tipo 

cementizio capace di intrappolare il rifiuto. Oltre alla calce quindi, è essenziale l’uso nel processo di 

pozzolane che possono essere naturali (tufi vulcanici) o artificiali (argille cotte, scorie 

metallurgiche, ceneri volanti da combustibili vari, etc.). 

Le ceneri volanti, insieme con le polveri da fornace di cemento, sono gli additivi più usati 

per aumentare la resistenza del prodotto e per ridurre il rischio di rilascio degli inquinanti: entrambi 

sono residui di processo, sicché la loro utilizzazione nei trattamenti di inertizzazione rappresenta 

oltretutto un importante sistema di co-smaltimento. 

Per quanto riguarda il meccanismo della reazione calce-materiale pozzolanico, esistono 

diverse interpretazioni tra cui le più recenti è quella basata su un modello di tipo osmotico (del tutto 

analogo a quello descritto per la presa del cemento) che, attraverso reazioni tra la calce, l’allumina e 

la silice, prevede la formazione di miscele di gel, responsabili del microincapsulamento 

dell’inquinante. Il processo è idoneo a trattare anche materiale umido. Il prodotto può essere fatto 

indurire in loco o direttamente in discarica. 

I vantaggi e gli svantaggi sono del tutto analoghi a quelli dei processi a base di cemento. 

2.1.3 Processi di cementazione a base di argilla 

Solo le argille che hanno alte capacità di scambio di cationi e un’elevata superficie specifica 

sono adatte al trattamento dei rifiuti. Un esempio di queste tipologie di materiali argillosi sono: 

vermiculite e le montmorilloniti; in particolare, la bentonite, che appartiene alla famiglia delle 

montmorilloniti, è generalmente utilizzata (in aggiunta ad un legante, ad esempio cemento Portland) 

in quanto la sua capacità di scambiare cationi si traduce nel rilascio di ioni sodio e potassio in luogo 

dei quali possono essere fissati gli ioni tossici contenuti nel rifiuto da trattare. 

Anche in questi processi, data la notevole affinità della bentonite nei confronti dell’acqua, si 

forma un mezzo gelatinoso la cui proprietà legante nei confronti del rifiuto è accresciuta dall’azione 

del cemento. 

6/34



I rifiuti sottoposti a questi trattamenti vengono convertiti in un materiale solido 

chimicamente e fisicamente stabile, con consistenza simile a quella del terreno, che è in grado di 

riassorbire acqua senza un apprezzabile rilascio. 

2.1.4 Interazioni del rifiuto 

Durante i processi di stabilizzazione/solidificazione avvengono diverse tipologie di 

interazioni con il rifiuto: interazione rifiuto-matrice, interazione di metalli pesanti ed interazione di 

sostanze organiche. 

Le sostanze presenti nel rifiuto interagiscono con la matrice che le ingloba (il cemento) 

modificando il prodotto finale del processo. Si possono così distinguere i vari meccanismi di 

interazione: 

• adsorbimento: gli inquinanti vengono adsorbiti dalle particelle cristalline impedendone il 

normale processo di idratazione 

• complessazione: agenti complessanti reagiscono con gli ioni alluminato e ferrico 

mantenendoli in soluzione e ritardando così l’idratazione 

• precipitazione: la formazione di composti insolubili sulla superficie dei grani di cemento 

ostacola il trasporto di acqua, ritardando le reazioni di idratazione 

• nucleazione: l’adsorbimento delle sostanze inquinanti sui nuclei di idrossido di calcio ne 

impedisce la crescita e quindi favorisce la formazione di nuovi nuclei nella soluzione satura; un 

numero così elevato di nuclei, ovvero di siti disponibili per le reazioni di idratazione, porta, dopo il 

ritardo iniziale, ad una veloce idratazione del silicato tricalcico ed alla cristallizzazione 

dell’idrossido di calcio stesso 

Risulta quindi che le varie sostanze interagiscono modificando la velocità del processo 

imponendo sul prodotto finale diverse caratteristiche di compattezza e resistenza. Per questo motivo 

vengono spesso impiegati additivi per avere un miglio controllo sul processo. 

I metalli pesanti tendono in genere a rallentare il fenomeno di presa del cemento 

intervenendo nell’idratazione. La formazione di un rivestimento protettivo di precipitati di idrossidi 

gelatinosi attorno ai grani di cemento ne blocca l’idratazione. L’effetto ritardante di alcuni cationi 

metallici è stato classificato nell’ordine Zn > Pb > Cu > Sn > Cd. 

Per il cromo sono molto importanti gli stati di ossidazione. Nello stato +3 l’elemento è meno 

solubile, oltre ad essere meno tossico rispetto allo stato di ossidazione +6. Risulta pertanto 

opportuno procedere ad una preventiva riduzione del cromo esavalente. 

Tra i più comuni additivi utilizzati al fine di ridurre gli effetti negativi dei metalli polivalenti 

si hanno i silicati solubili, i solfuri, i materiali pozzolanici naturali (tufi vulcanici) o artificiali 

(argille cotte, polveri da fornace), alcune sostanze adsorbenti come resine a scambio ionico, argille, 

zeoliti, ecc. . 

L’utilizzo dei silicati comporta una serie di vantaggi: 

• abilità di fissare chimicamente in composti insolubili i metalli pesanti 

• capacità di accelerare la gelificazione di rifiuti a basso contenuto solido con la conseguente 

possibilità di mantenere in sospensione tutte le sostanze non reattive mentre la miscela indurisce 

• capacità di prevenire i fenomeni di inibizione dei processi di idratazione del cemento ad 

opera degli agenti ritardanti rimuovendo i metalli pesanti dalla soluzione prima che possano 

precipitare come idrossidi 

• capacità di ridurre la permeabilità del prodotto solido finale 

• capacità del prodotto finale di adsorbire gli ioni di metalli tossici provenienti dal 

dilavamento di materiale sovrastante non trattato 

7/34



Il principale meccanismo di fissazione del solfuro di sodio consiste nella formazione di sali 

insolubili con molti metalli responsabili di interferenze negative con la matrice cementizia o 

comunque facilmente lisciviabili come il mercurio. 

Le interazioni di sostanze organiche rappresentano un problema per il processo di 

cementazione, in quanto la percentuale in peso di sostanza organica contenuta nel manufatto deve 

mantenersi entro limiti ristretti. Questo perché si verificano forti interazioni tra gli inquinanti 

organici ed i componenti la matrice cementizia, con conseguenze dirette sui fenomeni di presa e 

sulla resistenza meccanica. Tuttavia non è possibile generalizzare l’efficacia dei processi di 

inertizzazione su tutti i tipi di sostanze organiche, in quanto l’interazione con la matrice cementizia 

dipende dalla loro natura e dalla concentrazione cui sono presenti. 

Per utilizzare tali processi su rifiuti contaminati da composti organici bisogna impiegare 

particolari sostanze che, per le loro proprietà di assorbimento, sono in grado di trattenerli e 

attenuarne gli effetti negativi sui processi di idratazione. Vengono spesso impiegate alcuni tipi di 

argille come le montmorilloniti che, oltre a adsorbire in modo altamente efficace i componenti 

organici anche in presenza di grande varietà di metalli, interagiscono con il cemento provocando 

una diminuzione della permeabilità. Altri additivi idonei possono essere zeoliti, vermiculite, terre 

diatomee e polimeri organici. 

2.1.5 I parametri di processo 

Le caratteristiche dei prodotti inertizzati dipendono fortemente dai parametri di processo. 

Alcuni parametri si riferiscono alla miscela appena preparata (consistenza, tempi di presa, contenuto 

d’aria), altri sono invece in stretta relazione con le proprietà del manufatto finale (sviluppo di 

calore, espansione, deformabilità, ecc.). 

La consistenza dell’impasto è direttamente collegata al contenuto d’acqua presente ed in 

generale è auspicabile che il rapporto acqua/cemento sia basso. Questo accade poiché tanto più è 

alto questo rapporto, tanto più è basso il valore della resistenza meccanica del prodotto ottenuto. 

Il tempo di presa è un fattore rilevante sia ai fini della manipolazione della miscela 

cementizia, sia ai fini di una corretta previsione della consistenza del prodotto finale. Alcune 

sostanze quali i borati sono in grado di inibire completamente la presa mentre altre sono ritardanti 

che possono essere appositamente addizionate se il prodotto finale richiede trasferimenti o ulteriori 

manipolazioni. 

Il contenuto d’aria nell’impasto deve essere tale da garantire un certo volume di vuoti per 

conferire una buona resistenza meccanica del prodotto finale. Non deve essere però eccessivo 

potendo risultare deleterio a causa del rilascio di elementi inquinanti nell’ambiente a seguito delle 

azioni liscivianti. 

Essendo le reazioni di idratazione di natura esotermica, nel corso della stagionatura dei 

manufatti si ha un innalzamento della temperatura che non dovrebbe superare certi limiti al fine di 

evitare la formazione di microfessurazioni dovute al ritiro del prodotto indurito, che fa seguito alla 

iniziale espansione dello stesso. 

8/34



2.2 PROCESSI A BASE DI REAGENTI ORGANICI 

Un’altra tipologia di inertizzazione è la stabilizzazione/solidificazione con reagenti organici 

(materie termoplastiche) originariamente sviluppata per trattare i rifiuti a basso livello di 

radioattività. Si fonda sull'impiego di leganti plastici, in particolare resine urea-formaldeide che a 

differenza dei leganti idraulici, non reagiscono chimicamente con il residuo, ma lo isolano, 

incapsulandolo nella matrice polimerica stabile. 

La SGE Environnement dispone di un processo Plastibloc che combina il riciclaggio delle 

materie termoplastiche e la stabilizzazione delle ceneri volanti. Queste ultime, contenute al 40-70% 

in peso, operano come rinforzanti in sostituzione dei normali riempitivi minerali. 

A seconda del tipo di reagente sono classificati in: 

Processo a base di sostanze termoplastiche. In questo processo si impiegano sostanze capaci 

di indurire o rammollire reversibilmente con la variazione di temperatura. Si tratta di sostanze 

organiche polimeriche dove è possibile distinguere: asfalto, bitume, paraffina, polietilene, 

polipropilene, nylon. In generale però risulta che i materiali usati più frequentemente sono asfalto e 

bitume. 

Processi a base di polimeri organici. Consistono nel miscelare al terreno contaminato un 

monomero (generalmente urea formaldeide, ma possono essere presenti anche poliestere, 

melemmina e resine fenoliche) che in presenza di un catalizzatore polimerizza, incapsulando nella 

matrice polimerica le sostanze inquinanti. 

Processi a base di composti macroincapsulati. Si arriva alla formazione di un prodotto 

finale costituito da una struttura composita di resine organiche. Generalmente le particelle di terreno 

contaminato vengono inglobate da resine termoindurenti ed incapsulate da resine termoplastiche. 

Vengono ad esempio resine polibutadieniche fuse che formano col terreno una miscela, la quale 

dopo raffreddamento viene ricoperta con PEAD fuso in modo da creare un involucro esterno di 

notevole resistenza. 

Questi processi fissano il materiale inquinante in modo fisico. La loro applicazione ai terreni 

contaminati, seppur potenzialmente efficace ha trovato fino a oggi limitate applicazioni in scala 

reale, a causa probabilmente degli elevati costi dei trattamenti, impiegati inizialmente per la messa 

in sicurezza di rifiuti a bassa radioattività [5]. 

9/34



2.3 ESEMPI DI RIFIUTI ATTI AL PROCESSO DI 

STABILIZZAZIONE/SOLIDIFICAZIONE 

TIPICI RESIDUI INDUSTRIALI IDONEI AL TRATTAMENTO DI STABILIZZAZIONE/ 

SOLIDIFICAZIONE A BASE DI CEMENTO/SILICATI E CALCE 

Lavorazione metalli 

Trattamenti superficiali 

Trattamenti termici 

Industrie metallurgiche 

Industria ceramica 

Fanghi dalla neutralizzazione di bagni acidi di decapaggio 

Fanghi dal trattamento di bagni di sgrassaggio alcalini 

Fanghi dal trattamento di bagni di fosfatazione 

Fanghi da chiarificazione acque da lavaggio 

Fanghi da abbattimento in cabina di verniciatura 

Fanghi dal trattamento di acque di lavaggio da processi di cromatura, 

nichelatura, ramatura 

Residui da rigenerazione resine 

Residui solidi da bagni di nitrurazione 

Residui solidi da bagni di cementazione 

Scorie di fusione 

Effluenti dalla flottazione di metalli 

Polveri da abbattimento fumi 

Centrali elettriche e impianti di incenerimento rifiuti 

Ceneri da combustione 

Scorie radioattive 

Polveri da trattamento fumi 

Fanghi da sedimentazione primaria 

Fanghi da chiarificazione acque 

Polveri da abbattimento fumi 

Industrie fotografiche Bagni di sviluppo e stampa 

Residui da sedimentazione primaria 

Industrie tessili e tintorie Fanghi da impianti di depurazione 

Produzione acetilene Fanghi di idrossido di calce 

Industria estrattiva Scorie e fanghi di flottazione 

10/34



3 VETRIFICAZIONE 

La vetrificazione può essere intesa come soluzione alla trasformazione di rifiuti in materiali 

inerti compatibili con l'ambiente ed eventualmente riciclabili. 

Rispetto ad altri trattamenti, esso presenta una serie di vantaggi: è versatile perché adatto ad 

un ampia gamma di rifiuti inorganici o con un certo contenuto organico, pericolosi e non, sotto 

forma di fanghi, polveri e solidi secchi. Costituisce una soluzione permanente per la eccezionale 

durevolezza dei prodotti vetrosi, legata alla loro resistenza al rilascio verso l'ambiente; consente 

sensibili riduzioni di volume; risponde alle direttive della Comunità Europea, che richiedono lo 

smaltimento finale attraverso attività di reimpiego e di riciclaggio. 

Questo processo, che ha raggiunto la piena maturità industriale nel settore nucleare, 

comincia ad affacciarsi anche per l'inertizzazione dei comuni rifiuti industriali. 

In diverse aziende nel mondo vengono trattati oltre 250 mila t/anno di residui dell'industria 

metallurgica, ceneri e scorie di combustori di rifiuti solidi urbani (RSU), materiali contenenti 

amianto e scarti di apparecchiature elettroniche. 

L’utilizzo di questo tipo di tecnologie ha portato alla produzione, riciclando persino rifiuti 

tossico-nocivi, di prodotti con un certo valore commerciale come materiali da costruzione o altri usi 

industriali. 

Ad oggi la tecnologia di vetrificazione più utilizzata è quella con forno elettrico ad arco 

sommerso presa dall’industria vetraria ed affermata nel campo nucleare, largamente impiegata 

anche per la vetrificazione dei rifiuti convenzionali. Quelle più innovative a induzione o mediante 

torcia al plasma sono svantaggiate da maggiori consumi energetici e costi di investimento elevati. 

Nei processi di vetrificazione viene imposto un apporto di calore esterno dal forno fino ad 

ottenere un bagno fuso, con temperature di circa 1000-1500 °C, nel quale il rifiuto viene in parte 

degradato e in parte disciolto, diventandone così parte integrante. 

Molto spesso il rifiuto da inertizzare viene addizionato e miscelato con minerali largamente 

disponibili, in grado di formare il vetro desiderato. Il processo deve inoltre limitare le quantità di 

residui secondari quali gas, polveri e fanghi mediante opportuni sistemi di trattamento. 

I principali parametri da controllare nella conduzione del processo di vetrificazione sono la 

temperatura del bagno e la formulazione della miscela in relazione alla successiva destinazione del 

prodotto. Deve essere corretto il tenore di SiO2 e Al2O3 e degli ossidi alcalini e alcalino-terrosi, 

mediante l’aggiunta di rottami di vetro, dolomite ecc., per ottenere le migliori caratteristiche di 

fusibilità e lavorabilità. 

Un successivo raffreddamento porta ad omogeneizzare il liquido in tempi sufficienti per poi 

essere successivamente colato e portato a temperatura ambiente. Un raffreddamento veloce dà 

origine ad un solido completamente amorfo (vetro), mentre condizioni più lente o trattamenti 

successivi di rinvenimento a temperature intermedie consentono di ottenere una materiale 

caratterizzato dalla presenza di una o più fasi cristalline in una matrice amorfa. Ad esempio, dalle 

ceneri volanti si possono ottenere materiali vetro-ceramici con contenuti variabili di cristalli 

prevalentemente pirossenici. 

Il materiale vetrificato può presentarsi più o meno suddiviso e in forme diverse ottenendo 

grossi monoliti, schiume, fibre per tiratura, piastrelle per pressatura, lastre per colatura tra rulli, e 

granulati vari, mediante rapido raffreddamento con acqua, che favorisce la frantumazione per shock 

termico. I prodotti così ottenuti trovano varie applicazioni: sottofondi stradali, semilavorati per 

l'industria ceramica o inerti di rinforzo per materie plastiche. I prodotti possono inoltre essere 

utilizzati come isolanti elettrici, componenti di materiali da costruzione, materia prima per la 

produzione di piastrelle ceramiche per rivestimenti di interni ed esterni, lana di vetro come coibente, 

fertilizzanti in agricoltura (vetri al fosforo), ecc. 

11/34



C’è però da dire che la tecnologia di vetrificazione è gravata da complessità decisamente 

superiori ai trattamenti di inertizzazione mediante stabilizzazione-solidificazione, che impiegano 

attrezzature del tutto convenzionali e operano intorno alla temperatura ambiente. 

Per la sua natura di processo termico ad alta temperatura, la vetrificazione richiede più 

elevati costi di investimento, ammortamento e di esercizio degli impianti. 

La possibilità di riciclare i materiali vetrosi in manufatti utili con un certo valore 

commerciale rappresenta invece una condizione indispensabile per rendere competitivo questo 

trattamento. 

3.1 FASI DEL PROCESSO [4] 

Il processo di vetrificazione è caratterizzato da più fasi. Si parte da un’accurata scelta del 

rifiuto da trattare, si effettua una successiva coltivazione, si frantuma il materiale, lo si porta a 

fusione e in fine si realizza lo stoccaggio del vetro ottenuto. 

La coltivazione delle varie tipologie di residui è finalizzata alla formulazione di miscele 

vetrificabili a costi molto contenuti in vista della produzione di vetri chimicamente stabili e dotati 

possibilmente di valore aggiunto. La coltivazione comprende varie operazioni: 

Una prima caratterizzazione del rifiuto, mediante analisi chimiche, mineralogiche e misure delle 

loro proprietà termofisiche. Una successivo pretrattamento dei materiali grezzi in modo da renderli 

adatti a diventare materie prime per la successiva fusione. Una possibile cernita dei materiali non 

vetrificabili (metalli e plastiche) ed un lavaggio per eliminare eventuali sali solubili (es. cloruri). Se 

necessario inoltre anche operazioni di frantumazione, macinazione e vagliatura dei materiali, fino 

ad ottenere una granulometria inferiore a 1 mm, seguite da omogeneizzazione ed essiccazione, per 

ridurre l'umidità sotto il 10%. 

La formulazione della miscela vetrificabile deve prevedere l'impiego di vari tipi di rifiuti, 

escludendo per quanto possibile o limitando l'uso di additivi estranei (minerali, sabbia, ecc.). La sua 

preparazione comprende operazioni di pesata e mescolamento con stoccaggio finale delle miscela 

ottenuta. 

Il processo di fusione, a funzionamento continuo con infornaggio automatico della miscela 

vetrificabile, costituisce il cuore della tecnologia. Ad esso seguono le eventuali operazioni di 

ricottura per l'ottenimento di vetro-ceramiche e le lavorazioni di frittaggio, stampaggio, filatura 

ecc., a seconda della forma e della destinazione d'uso dei manufatti finali. 

Lo stoccaggio è l’ultimo passaggio che identifica definitivamente il nuovo reimpiego del 

prodotto ottenuto. 

3.1.1 Scelta dei rifiuti 

Il processo di vetrificazione è molto versatile rispetto alla scelta dei rifiuti. In generale vanno 

escluse le soluzioni più o meno concentrate per le quali sono disponibili tecnologie più adatte e 

consolidate. Sono invece accettabili i fanghi a limitato tenore d'acqua che devono essere essiccati e i 

residui solidi. In genere questi ultimi sono a base prevalentemente o completamente inorganica, 

come l'amianto e i suoi compositi, gli inerti delle lavorazione di feldspati e graniti. Particolarmente 

adatti sono i residui con un elevati tenori di SiO2 ed eventualmente di B2O3 per le loro qualità di 

ossidi formatori dei vetri. Anche il P2O5 che, inducendo una maggiore solubilità in acqua, ne 

garantisce l'impiego come fertilizzante. Importante è anche la presenza di ossidi fondenti, quali 

Na2O, K2O, di stabilizzanti CaO, MgO, BaO, ecc. e di intermedi come Al2O3, TiO2, ecc. 

12/34


prof. Antonio Licciulli Dalla Stabilizzazione/Solidificazione alla Vetrificazione 

Tabella 1 Esempi di composizione (% in peso) di rifiuti industriali adatti alla vetrificazione 

13/34



La tab. 1 riporta le composizioni indicative di alcuni tra i residui industriali più significativi 

e adatti al trattamento. 

La pericolosità dell’amianto ad esempio non è legata alla presenza di metalli pesanti, ma alla 

sua struttura fibrosa apportatrice di gravi danni per l'apparato respiratorio. In molti casi l'amianto è 

presente in compositi con gessi, cementi, elementi vari, ecc. utilizzati come materiali per l'edilizia. 

La composizione del rifiuto tab. 1 è riferita all'eternit che contiene il 20% di amianto. 

L'estrazione e la lavorazione del piombo, zinco, rame e delle leghe ferrose producono 

enormi quantità di scorie e polveri. Questi residui, classificati come pericolosi, sono essenzialmente 

vetrosi a base di allumino-silicati di ferro, di calcio ed altri metalli pesanti. 

Nella produzione primaria dell'alluminio, mediante elettrolisi della criolite fusa, si generano 

scorie residue ricche di carbonio e fluoruri. Esse vengono classificate come pericolose a causa dei 

rischi di dispersione di significative quantità di cianuri nell'ambiente. 

Accanto ai rifiuti considerati pericolosi in base alla direttiva CEE 91/689, si considerano in 

tab. 1 anche materiali inerti della lavorazione dei feldspati, dei graniti e del vetro, che possono 

comunque partecipare ai processi di vetrificazione. 

L'uso del rottame di vetro è vantaggioso perché è ricco di silice e ossidi fondenti e si avvale 

di un sistema di raccolta ben organizzato. 

Alcuni fra i rifiuti considerati in tab. 1, quali ceneri e scorie dei processi termici, presentano 

anche contenuti più o meno significativi di carbonio. La loro combustione nel processo di 

vetrificazione comporta comunque un risparmio sul necessario apporto termico esterno di energia 

elettrica. Considerato infatti il potere calorifico del carbone di 33000 kJ/kg e che l'ottenimento del 

vetro da una miscela vetrificabile richiede normalmente 600-700 kcal/kg, (400-450 kcal/kg per il 

riscaldamento da temperatura ambiente alla temperatura di fusione (1400 °C) e 200-250 kcal/kg per 

i cambiamenti di fase delle materie prime e per le reazione chimiche), si valuta che un tenore di 

carbonio nella miscela vetrificabile del 8-9% sia nominalmente sufficiente a bilanciare il processo. 

Pertanto, rifiuti che possono contenere anche il 15% di carbonio, come ad esempio le scorie 

di produzione dell'alluminio, sono adatti alla vetrificazione perché consentono di assicurare in 

pratica l'autosostentamento energetico del trattamento, sopperendo anche alle dispersioni termiche 

del forno. 

In generale, l'utilizzo di rifiuti a potere calorifico ancora maggiore (es. RSU), più adatti agli 

impianti di termoutilizzazione, viene invece escluso. Infatti la loro combustone completa 

comporterebbe un eccessivo dimensionamento del sistema di trattamento-gas. 

3.1.2 Formulazione di vetri modello 

Centinaia di vetri e vetro-ceramici sono descritti in letteratura, noti in termini frazione in 

peso degli ossidi componenti e di temperatura di fusione. 

Un numero ristretto di queste composizioni di riferimento sono riassunte nelle tab. 2 e 3 

rispettivamente per i vetri senza e con contenuto di boro. Alcune di esse vengono utilizzate in 

impianti di vetrificazione su scala reale per i residui nucleari (vetri N. 6, 8 e 10 in tab. 3) o in 

impianti pilota per rifiuti convenzionali (vetri N. 8 e 9 in tab. 2), mentre le altre derivano da studi in 

laboratorio. 

Come regola generale, i vetri con adeguate caratteristiche di inerzia chimica richiedono che 

il contenuto di SiO2 sia maggiore del 30-35%; l' allumina (Al2O3) può superare il 10-15%, gli ossidi 

alcalini (Na2O,K2O, Li2O) devono essere inferiori al 20% e quelli alcalino terrosi (CaO, MgO) sono 

in genere compresi fra il 5 e il 30%. 

Per ogni costituente principale sono in genere possibili modeste fluttuazioni (tipicamente 1-2 

punti percentuali) a cui corrispondono variazioni tollerabili delle proprietà del fuso e del vetro 

prodotto. 

14/34



In generale, questi materiali derivano da vetri convenzionali per compensazione parziale 

degli ossidi alcalino terrosi con metalli pesanti. 

Ad esempio quelli N 1 e 3 di tab. 2 provengono da un vetro ordinario contenente 40% SiO2, 

15% di Al2O3, 10% di Na2O, 5% di MgO e 30% di CaO, in cui il contenuto di calcio è stato in parte 

sostituito da componenti specifici quali Fe2O3, ZnO, PbO, CuO presenti nei residui di combustione, 

come pure in molti altri tipi di rifiuti [6]. 

Tabella 2 Composizioni di alcuni vetri di riferimento per la vetrificazione di rifiuti radioattivi e 

Convenzionali 

Vetro N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Componenti Composizione (%in peso) 

SiO2 41.0 44.5 39.0 50.5 50.5 56.1 66.6 29.8 45.4 24.5 

Al2O3 14.6 8.0 14.0 13.0 12.0 6.0 3.2 17.2 12.7 2.9 

P2O5 1.0 1.1 0.3 0.05 0.1 - - 2.7 0.5 11.6 

CaO 23.5 25.0 26.0 23.9 16.3 7.0 4.5 29.4 31.2 30.8 

MgO 3.0 3.2 3.9 1.8 2.7 2.0 1.1 4.3 2.1 16.8 

BaO - - 0.15 0.05 0.15 - - 0.2 - - 

Na2O 4.9 5.3 3.8 3.3 4.8 15.0 13.3 4.0 3.1 0.20 

K2O 2.0 2.2 1.1 1.2 1.7 - 0.9 1.5 0.8 11.2 

TiO2 1.5 1.6 1.6 0.4 0.8 - 3.5 3.0 0.7 0.14 

Fe2O3 4.9 5.3 3.7 5.6 6.1 5.0 3.1 4.5 1.4 1.84 

Cr2O3 - - 0.07 - 0.03 - - - - - 

NiO - - 0.01 0.01 0.02 - - - - - 

ZnO 1.0 1.1 1.3 0.02 0.1 3.5 1.9 0.3 0.3 - 

PbO - - 0.34 0.001 0.04 4.0 0.8 - - - 

MnO - - 0.1 0.02 0.015 - - 0.4 0.1 - 

CuO - - 0.12 0.01 0.02 - - 0.1 - - 

Cl - - - - - - - 0.2 1.5 - 

SO3 - - - 0.1 0.07 - - 1.3 0.03 - 

Altri 2.6 2.7 4.81 0.179 4.6 1.4 1.1 1.1 0.2 0.0 

I vetri borosilicatici sono avvantaggiati da temperature di fusione inferiori (1000-1300 °C) 

rispetto ai precedenti, e pertanto più favorevoli in vista della fattibilità tecnica del processo. Tra di 

essi, le composizione di riferimento N. 1 e 2, a contenuto di Fe2O3 inferiore al 1%, sono adatte alla 

fabbricazioni di fibre di vetro[7]. 

15/34



Tabella 3 Composizioni di alcuni vetri di riferimento al boro per la vetrificazione di rifiuti radioattivi e 

convenzionali 

Vetro N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 

Componenti Composizione (%in peso) 

SiO2 61-72 52-58 52.2 46.6 41.0 39.5 68.0 58.6 61.0 45.5 58.7 

Al2O3 2-8 12-16 9.5 12.7 6.0 18.4 - 3.0 5.0 - - 

B2O3 0-7 4-8 7.42 9.25 12.9 5.3 10.0 14.7 19.9 33.0 14.5 

CaO 5-10 19-25 7.37 7.14 0.5 15.9 - 5.1 2.8 6.5 - 

MgO 0-5 19-25 - - 0.9 1.6 1.0 2.3 - - 2.1 

BaO 0-2.5 - 0.38 0.37 - - - - - - - 

Li2O - - - - - - 7.0 4.7 4.3 4.5 5.8 

Na2O 13-17 0-2 18.1 15.9 8.0 14.4 13.0 6.5 1.4 10.5 17.0 

K2O 0-2 0-2 0.95 0.97 5.0 1.6 - - 2.8 - - 

TiO2 - - - - 0.8 0.3 - 5.1 - - 1.0 

Fe2O3 0-1 0-1 1.26 2.05 12.0 1.0 - - - - - 

ZnO - - 0.11 0.12 1.3 - - - 2.8 - - 

ZrO2 - - - - 1.3 - 0.1 - - - 0.45 

PbO - - 0.02 0.02 - - - - - - - 

ThO2 - - - - 3.6 - - - - - 0.45 

P2O5 - - - - 1.2 - - - - - - 

F 0-1.5 0-1.5 - - - 3.5 - - - - - 

Altri - - 2.69 4.88 5.5 - - - - - - 

Anche il vetro N. 3 in tab. 2, equivalente alla composizione chimica dei basalti, consente la 

produzione di lana di roccia come isolante. Quello N. 5 è adatto per la produzione di vetro-schiuma 

per isolamenti, mentre il materiale N. 4, per successivo trattamento termico di rinvenimento assume 

le caratteristiche di un vetroceramica per materiali di rivestimento per esterni in edilizia. 

Il vetro N. 10 fonde a 1380 °C e per il suo elevato tenore di fosforo e la sua caratteristica di 

degradarsi e sciogliersi progressivamente nel terreno e è stato proposto come fertilizzante minerale 

in agricoltura. 

La composizione del vetro N. 7 (tab. 2) è simile a quella usata nei primi esperimenti di 

vetrificazione di ceneri volanti derivate dagli elettrofiltri di un impianto di incenerimento tedesco. 

Essa è un compromesso fra diverse composizioni di vetri usati per la vetrificazione di materiali ad 

alto livello di radioattività in Francia, Giappone, Germania e USA. 

Il vetro N 6 presenta rispetto a quello precedente un più alto contenuto di metalli pesanti e 

minore in silice parzialmente sostituita da calcia e allumina. Esso è stato impiegato per la 

vetrificazione in laboratorio di polveri di elettrofiltro impiegando silice e carbonato sodico come 

additivi. 

Entrambi i materiali, ottenibili per fusione in crogiolo a 1400°C superano le prove standard 

di rilascio in acqua dei metalli pesanti. 

16/34



3.1.3 Miscele vetrificabili e loro composizione 

Per ottenere un prodotto finale (vetro) di date composizioni e proprietà è indispensabile 

operare una miscelazione di un determinato numero e tipo di rifiuti. 

Ai fini della formulazione iniziale, occorre tenere conto dei processi chimico-fisici che 

accompagnano la fusione del bagno. Infatti alle elevate temperature è previsto in primo luogo il 

totale allontanamento dell'umidità e dell'acqua. Altre perdite in peso sono legate alla 

volatilizzazione di alcuni ossidi e metalli pesanti a più elevata tensione di vapore. 

Anche i carbonati vengono totalmente decomposti con liberazione di anidride carbonica e lo 

stesso vale per le sostanze organiche (espresse in forma di carbonio) eventualmente ossidate in 

misura completa. 

Figura 1 [8] Effetti della 

concentrazione dei componenti 

sulle perdite in peso di un vetro 

a 1300 °C 

Gli effetti della 

concentrazione dei 

componenti sulla volatilità a 

1300 °C sono mostrati in fig. 

1[8]. 

Aumentando il 

contenuto di Al2O3 e/o SiO2, 

diminuiscono le perdite in 

peso rispetto a una 

composizione centrale di 

riferimento, probabilmente perché questi ossidi formatori rendono meno mobili nel fuso i 

costituenti più volatili, come sodio e boro. In generale un aumento di viscosità comporta un 

aumento di volatilità e viceversa. 

Le perdite in peso vengono al contrario aumentate da addizioni di CaO, Na2O e B2O3 [8]. 

Composizione della miscela 

Lo scopo di questo processo è quello di partire da numero di rifiuti (nrifiuti), tab. 1, per 

ciascuno dei quali sono note le frazione in peso degli ossidi componenti (nossidi), e costruire una 

miscela che porterà alla formazione di un vetro di composizione nota. 

Per la legge di conservazione della massa tutti i costituenti iniziali del rifiuto entreranno a 

far parte della composizione finale del vetro ottenuto. La frazione in peso nel vetro dell’ossido 

(indice Kossido) è calcolabile con l’equazione (1): 

Nrifiuti 

vetro 

rifiuto 

K = ossido ∑ ai 

X 

rifiuto ( Kossido 

, irifiuto 

) 

i = 

1 

X ⋅ 

rifiuto 

( 1) 

17/34



in funzione delle frazioni in peso a irifiuto 

, dei vari rifiuti componenti la miscela e delle 

rifiuto 

X ( , i ) dello stesso ossido di indice ossido 

frazioni in peso note 

componenti la miscela. 

Kossido rifiuto 

K in ciascuno dei rifiuti 

L’obiettivo di una miscela ottimale è il calcolo delle frazioni in peso airifiuto di ciascun 

rifiuto nella miscela al fine di ottenere esattamente la composizione in ossidi del vetro, cioè il 

soddisfacimento delle seguenti equazioni: 

⎧ 

⎪ 

⎪ 

⎪ 

⎨ 

⎪ 

⎪ 

⎪X 

⎪ 

⎩ 

X 

X 

vetro 

K = N 

ossido 

vetro 

K = 1 

ossido 

vetro 

K = 2 

ossido 

ossidi 

= 

= 

= 

i 

N 

i 

i 

N 

∑ 

∑ 

N 

rifiuti 

rifiuto 


rifiuto 

∑ 


rifiuto 

Tenendo conto dei vincoli: 

0 airifiuto a 

i 

= 1 

a 

i 

= 1 

a 

i 

= 1 

rifiuto 

rifiuto 

..... 

rifiuto 

⋅ X 

⋅ X 

⋅ X 

rifiuto 

( K = 1, 

i 

ossido 

rifiuto 

( K = 2, 

i 

ossido 

rifiuto 

( K = N 

ossido 

rifiuto 

rifiuto 


) 

) 

, i 

rifiuto 

≤ ≤1 

con 1≤ 

i 

N 

∑ rifiuti 

= 1 

) 

rifiuto 

≤ 

( 2) 

N 


irifiuto 

irifiuto 

In genere, ai fini di una valutazione preliminare comunque significativa, è opportuno 

limitare il numero delle relazioni (2), facendo riferimento solo ai componenti più importanti in 

termini quantitativi, cioè SiO2, Al2O3 (eventualmente anche B2O3 e P2O5), gli ossidi alcalini (Li2O, 

Na2O, K2O) e quelli alcalino terrosi (MgO, CaO e BaO) raggruppati in base alla loro funzione nel 

vetro. 

La tab. 1 con le composizioni dei rifiuti viene pertanto semplificata come mostrato in tab. 4 

In maniera analoga, la tab. 5 deriva da tab. 2 per quanto riguarda i vetri modello, ad eccezione del 

vetro N. 10 ricco di P2O5, non ottenibile dai rifiuti che non contengono in pratica questo 

componente. 

E' possibile quindi procedere empiricamente, attribuendo tentativamente ai vari residui 

adeguati valori (eventualmente nulli) della loro frazione in peso nella miscela, in modo da 

avvicinare la composizione di un dato vetro di riferimento. Quest'ultima deve risultare comunque 

intermedia fra quelle di almeno due dei rifiuti miscelati per garantire una possibile soluzione. 

Il compito risulta in genere facilitato dalla disponibilità di residui ricchi di componenti 

specifici, come ad esempio gli ossidi alcalino-terrosi nei fanghi di calcinaio o di quelli formatori 

(SiO2 e Al2O3) negli inerti di lavorazione di graniti e feldspati, in modo che questi componenti 

possano essere aggiustati con addizioni moderate. 

a 

18/34



Un esempio, in accordo con le indicazione della Stazione Sperimentale del Vetro, è mostrato 

in tab. 6. Dalla miscela di compositi di amianto (50%), ceneri volanti di centrale (20%) e residui 

della lavorazione di feldspati (30%), si ottiene senza bisogno di ulteriori aggiunte il vetro N. 4 di 

tab. 5. La composizione dei compositi contenenti amianto deriva da quella di tab. 1 tenendo conto 

dell'evaporazione di acqua e della formazione di CO2 (in totale 21,6% in peso). 

19/34



Tabella 4Composizioni (% in peso) dei rifiuti industriali inorganici, in termini di principali componenti ossidici 

Tabella 5 Composizioni (% in peso) dei vetri modello di Tab. 3, in termini di principali componenti ossidici 

20/34



Tabella 6 Composizione valutata per via empirica di una miscela di rifiuti per l'ottenimento del vetro 

21/34



Il metodo empirico risulta essere eccessivamente lento per cui i successivi studi hanno 

portato alla formulazione di un algoritmo di calcolo automatico che velocizzasse il processo. 

Al fine di ottenere il valore di ai l’algoritmo sfrutta la funzione scarto quadratico tra le 

rifiuto 

frazioni in peso reali di ciascun ossido nel vetro e quelle ottenute mescolando un certo numero di 

rifiuti. 

La funzione scarto quadratico relativa all’ossido di indice K ossido è espressa da: 

2 

( , ) 

1 ⎥ 

( 3) 

⎥ 

N ⎡ 


⎤ 

quad vetro 

rifiuto 

S K = ⎢X 

K − ∑ ai 

⋅ X 

ossido 

ossido 

rifiuto Kossido 

irifiuto 

⎢⎣ 

irifiuto 

= 

⎦ 

Lo scarto quadratico complessivo per tutti gli ossidi sarà espresso perciò dall’equazione: 

2 

∑ ∑ 

( , ) 

= 1 

= 1 

⎥ 

( 4) 

⎥ 

⎡ 

⎤ 

= ⎢ − ⋅ 

ossidi N 

N rifiuti 

quad 

vetro 

rifiuto 

STOT 

X K a 

ossido 

i X 

rifiuto Kossido 

irifiuto 

K 

i 

ossido 

⎢⎣ 

rifiuto 

Le frazioni in massa a i di ciascun rifiuto nella miscela sono le grandezze incognite e 

rifiuto 

devono essere tali da minimizzare la funzione scarto quadratico totale 

S 

S 

S 

quad 

TOT 

quad 

TOT 

quad 

TOT 

= 

= 

= 

K 

K 

N 

K 

N 

N 


vetro 

∑ ⎢X 

K − ossido ∑ 

∑ 


ossido 

∑ 


ossido 

ossido 

= 1 


∑ 


∑ 

quad [ S ( a , a ,...., a ) ] 

= 1 

⎡ 

i 

= 1 

i = 1 

⎢⎣ 

⎡ vetro 

⎢X 

K − ossido 

⎢ 

⎢ N 

⎢ 

⎛ 

− ⎜1 

− 

⎢ ⎜ 

⎣ ⎝ i 

K 

ossido 

i 

rifiuto 

rifiuto 

N 

i 

N 

rifiuto 

−1 

i 

= 1 

= 1 


rifiuto 

a 

−1 

a 

i 

= 1 

rifiuto 

i 

a 

rifiuto 

rifiuto 

rifiuto 

⎞ 

⎟⋅ 

X 

⎟ 

⎠ 

= 2 

⋅ X 

⋅ X 

rifiuto 

( K , i 

ossido 

ossido 

ossido 

rifiuto 

( K , i 

rifiuto 

( K , n 

i 

rifiuto 

rifiuto 


rifiuto 

) 

= N 

) 

) 

⎤ 

⎥ 

⎥⎦ 

2 

⎤ 

+ ⎥ 

⎥ 

⎥ 

⎥ 

⎥ 

⎦ 

rifiuti−1 

2 

⎦ 

quad 

S TOT . 

Pertanto, il problema di calcolo di un minimo vincolato per la funzione appena definita si 

può esprimere nel seguente modo: 

22/34



con 

Min 

quad [ S ( a , a ,...., a ) ] 

K 

i vincoli 

ossido 

i 

rifiuto 

⎧0 

≤ ai 

⎪ 

: ⎨ ⎛ 

⎪0 

≤ ⎜1− 

⎪ 

⎜ 

⎩ ⎝ 

= irifiuto 

= 2 irifiuto 

= N rifiuti− 

1 1 

rifiuto 

= 1 

≤1 

∑ − N rifiuti 1 

ai 

i = 1 

rifiuto 

rifiuto 

per 

⎞ 

⎟ ≤1 

⎟ 

⎠ 

0 ≤ i 

rifiuto 

≤ N 

Il programma di calcolo permette di ottenere un insieme di valori di a irifiuto 

che 

rappresentano comunque la soluzione ottimizzata del problema. 

Il programma è stato impiegato per ottenere ad esempio i vetri modello della tab. 5 a partire 

dall'insieme di tutti i rifiuti di tab. 4. 

Il programma, fra i 15 rifiuti a disposizione, ne utilizza effettivamente sempre un numero 

minore. 

E' stata evidenziata la possibilità di ottenere in modo del tutto soddisfacente uno stesso vetro 

da miscele diverse. Ad esempio il vetro N.2, derivante da 9 residui con scarto quadratico di 

−15 

4. 

3⋅ 

10 (tab. 7), è ricavabile in alternativa per mescolamento di soli 5 rifiuti (3 comuni con il caso 

−5 

precedente) con scarto quadratico maggiore, comunque contenuto di 9. 

7⋅ 

10 (tab. 8). 


23/34



Tabella 7 Risultati di ottimizzazione delle frazioni in peso della miscela vetrificabile (tutti i rifiuti considerati) per l'ottenimento del vetro N. 2. In basso: confronto fra le 

−15 

composizioni (% in peso) della miscela risultante e del vetro obbiettivo (scarto quadratico totale sui componenti (tranne altri): 4. 

293⋅ 

10 ) 

24/34



Tabella 8 Risultati di ottimizzazione delle frazioni in peso della miscela vetrificabile (7 rifiuti considerati) per l'ottenimento del vetro N. 2. In basso: confronto fra le 

−5 

composizioni (% in peso) della miscela risultante e del vetro obbiettivo (scarto quadratico totale sui componenti (tranne altri): 9. 

749⋅ 

10 ) 

25/34



La procedura di calcolo delle frazioni di massa dei rifiuti nella miscela, basata sulla 

minimizzazione della funzione scarto quadratico totale, offre sicuramente indicazioni molto più 

rapide, sicure e precise di quelle ricavabili per via empirica. Chiaramente se si fosse in grado di 

avere un più largo data base sia di composizioni di rifiuti che di vetri di riferimento si potrebbero 

effettuare scelte più ampie e più convenienti in base alle varie situazioni. 

3.1.4 Forni fusori 

Per la vetrificazione dei rifiuti si utilizzano forni elettrici ad arco sommerso derivanti 

dall’industria vetraria, con temperature che vanno dai 1000 ai 1500 °C. Questo tipo di forni è 

costretto a funzionare in condizioni maggiormente aggressive avendo a disposizione un bagno fuso 

alle volte ossidante ed alle volte riducente. D'altro canto, i prodotti non richiedono le elevate qualità 

dei vetri ordinari (trasparenza, assenza di bolle e inclusioni cristalline). 

Con riferimento ad apparati operanti a ciclo continuo, si riportano le caratteristiche 

progettuali dei forni fusori a bacino e a volta fredda derivati in prevalenza da un'analisi dei brevetti 

internazionali proposti negli ultimi 5-6 anni. 

La massima temperatura di esercizio del forno deve essere compatibile con le caratteristiche 

dei vetri previsti come prodotto. In generale per contenere i consumi termici si preferisce impiegare 

basse temperature, riducendo così l’evaporazione dei metalli pesanti e garantendo una maggiore 

durata di vita dei refrattari e degli altri componenti del forno [9]. 

D'altra parte temperature insufficienti del bagno possono portare ad un fuso eccessivamente 

viscoso, quindi poco omogeneo, con troppe bolle di gas e più difficilmente colabile. 

Figura 2 Schema di forno elettrico proposto da 

Wertmore per bagni con temperature di fusione 

fino a 1000-1100°C con un vessel di 

contenimento in leghe di tipo Inconel senza 

rivestimento refrattario 

Per bagni con temperature di 

fusione fino a 1000-1100°C, Wertmore 

propone un forno elettrico con un vessel di 

contenimento in leghe di nichel (tipo 

Inconel 601 o 690), senza necessità di un 

rivestimento refrattario. Come appare in 

fig. 2 è prevista una camicia esterna nella 

quale sono inseriti sensori elettrici di 

misura della conducibilità o della pressione per rilevare l'eventualità di perdite. 

Sempre per temperature moderate fino a 1300 °C, Alan rivendica il forno mostrato in fig. 3 

con caricamento della miscela e fuoriuscita dei gas generati attraverso la volta. Esso è formato da 

un vessel interno di contenimento 24 nel quale il tradizionale rivestimento refrattario è sostituto da 

uno strato di vetro solidificato 61, con spessore di 15-20 cm. Lo strato, formato durante 

l'avviamento iniziale del forno, viene mantenuto a temperatura sufficientemente bassa grazie alle 

dispersioni per irradiazione attraverso una prima intercapedine d'aria 66 ed una seconda 71, in cui 

circola acqua in pressione per la produzione di vapore a 1-2 bar, utilizzabile per eventuali impieghi 

ausiliari. 

26/34



L'intercapedine intermedia viene pressurizzata e monitorata da un manometro, come 

salvaguardia da eventuali rotture del vessel interno. 

La scelta di questa soluzione con rivestimento vetroso sarebbe avvantaggiata da migliori 

caratteristiche isolanti e di resistenza verso l'aggressività del bagno fuso, oltre che 

dall'autosigillazione delle eventuali cricche che si verificassero a seguito di dilatazioni differenziali. 

Per quest'ultima ragione il forno sopporterebbe un numero maggiore di fermate rispetto ai forni 

tradizionali a rivestimento refrattario. 

Figura 3 Schema di forno elettrico proposto da Alan per 

temperature moderate fino a 1300 °C, con vessel metallico 

raffreddato e rivestimento in vetro solidificato 

Gli elettrodi cilindrici forati sono retraibili e 

raffreddati ad aria mediante un condotto interno che 

serve anche al gorgogliamento della stessa per 

mantenere l'agitazione del bagno. Il loro inserimento 

dall'alto, anziché dal fondo, permette di annullare i 

rischi di fuoriuscite del fuso in seguito ad eventuali 

mancate tenute dei fori passanti Per un forno da 25 

t/giorno si consigliano due coppie di barre con 

diametro di 15-20 cm in molibdeno, Inconel oppure 

grafite. 

Per la salvaguardia dalla corrosione nella zona 

a contatto con l'atmosfera gassosa, ogni elettrodo è 

protetto da una camicia 12 ad esempio in materiale 

ceramico per la circolazione con gas inerte o acqua di 

raffreddamento. 

Nella zona inferiore del bagno, un ulteriore 

apporto termico è possibile mediante un elettrodo 

supplementare. 

La valvola 96 per lo scarico sul fondo è dotata di una camicia di raffreddamento ad acqua e 

di un sistema di riscaldamento (a resistenza o induzione), rispettivamente per sigillare 

completamente o per facilitare e regolare il flusso di uscita del fuso, aggiustandone la viscosità. 

I forni fusori per temperature moderate sono compatibili con la produzione di vetri al boro. 

Questa soluzione, perseguita in particolare nel settore nucleare, appare interessante in vista 

dell'ottenimento di fibre con le composizioni dei vetri N. 21 e 22 di tab. 3 con un contenuto di B2O3 

fino al 8% e di Fe2O3 inferiore al 1%. 

Nella produzione di questi manufatti, è importante operare in condizioni sufficientemente 

ossidanti del bagno, per evitare forti abbassamenti in quest'ultimo del trasporto di calore radiante. In 

questo caso si verificherebbero infatti aumenti significativi delle differenze di temperature fra un 

punto e l'altro, disturbando quindi le correnti di convezione nel fuso e il funzionamento della 

fornace. D'altra parte gli aumenti di temperatura, che possono compensare questo effetto, 

accelerano l'erosione dei refrattari. 

L'opportunità di prevedere condizioni ossidanti è ritenuta importante per i bagni formati da 

residui quali le ceneri di RSU o di impianti termici, con un contenuto di carbonio in genere tra il 2 e 

il 10%. 

Questo elemento presenta infatti una solubilità limitata nei vetri (intorno al 1%) e una sua 

consistente presenza porta ad un fuso con caratteristiche di viscosità inadeguate per essere colato. 

27/34



Inoltre la sua presenza, anche sotto forma di materiali organici, nei rifiuti da vetrificare può 

provocare, in difetto di ossigeno, la riduzione degli ossidi di metalli pesanti. Fra essi, zinco, cadmio 

e mercurio, relativamente volatili, vengono largamente rimossi con le emissioni gassose, mentre 

ferro, nichel, cromo e rame, caratterizzati da bassa tensione di vapore, bassa solubilità ed alta 

densità, rimangono prevalentemente nella massa fusa. 

In definitiva, il carbone nel fuso induce processi di riduzione con separazione dei metalli che 

possono formare uno strato liquido sul fondo. Esso può indurre cortocircuiti o comunque disturbare 

la distribuzione del campo elettrico. Anche quando ciò non si verifica e i metalli rimangono in 

soluzione colloidale nel fuso, le inclusioni nel vetro finale possono essere dilavate dagli agenti 

atmosferici, cosicché esso non supera talvolta le prove di rilascio in acqua. 

Assicurare una buona ossigenazione mediante lance di gorgogliamento di aria è inoltre 

importante per ottenere una buona omogeneità del fuso. 

La combustione completa teorica di un 1% di carbonio comporta un consumo di circa 93 

Nm 3 di aria e la formazione di 19 Nm 3 di anidride carbonica per tonnellata di vetro prodotto. 

Un brevetto di H. Pieper presenta uno schema di forno (fig. 4) con un sistema di carica 11 

indicato al centro della volta, per l'inertizzazione di residui con un contenuto di carbonio inferiore al 

10%. Il vessel di fusione in materiale refrattario presenta un certo numero di elettrodi (uno solo dei 

quali 8 è indicato) equidistanti lungo la circonferenza del bordo e con guaina protettiva nella parte 

superiore esposta all'atmosfera gassosa. 

Un certo numero di lance 12 passanti attraverso la suola provvedono all'immissione di una 

portata di aria sufficiente a completare l'ossidazione. La corrente ascensionale di bolle 13 rende 

possibile il trasporto della massa fusa più fredda dal fondo verso l'alto, nella sfera di azione degli 

elettrodi. Questo si traduce non solo in una omogeneizzazione della distribuzione di temperatura, 

ma anche in un più intenso trasferimento di calore del fuso 9 ai materiali di carica 14. La 

disposizione delle lance e del sistema di carica è tale che le bolle che raggiungono la superficie del 

bagno spingano lateralmente il materiale di carica 14, favorendo così la formazione di uno strato 

uniforme su tutta la superficie. 

Oltre ad un'apertura 5 sul fondo, è previsto uno scarico laterale 15 con un canale orizzontale 

16 ed uno di “troppo-pieno” 19 che definisce il livello del fluido nel vessel. Il riscaldamento del 

bagno in questa zona, per mezzo di un elettrodo ausiliario verticale 21 e degli elementi radianti 

orizzontali 23 e 25, assicura al bagno che tracima dallo sbarramento 20 una viscosità adeguata nel 

passaggio attraverso l'uscita 24. 

Figura 4 Schema di forno elettrico 

proposto da Pipwer per 

l'inertizzazione in ambiente 

ossidante di miscele con un 

contenuto di carbonio fino al 10% 

L'adozione di 

condizioni ossidanti è fatta 

propria dalla tecnologia dei 

forni fusori PermaVIT, al fine 

di contenere i costi di 

investimento e di esercizio, 

grazie anche alle caratteristiche 

di robustezza che permettono 

di ridurre le fermate per 

manutenzione e prolungare la 

28/34



durata di vita di queste unità. Esse presentano una capacità di 150 t e tempi medi di permanenza del 

fuso di 3-5 giorni per consentire, anche con un lento rimescolamento, una adeguata omogeneità del 

prodotto. 

Le condizioni riducenti facilitano invece la volatilizzazione della maggior parte dei metalli 

di transizione quali piombo, zinco, arsenico, mercurio, e cadmio che vengono così allontanati sotto 

forma di vapori metallici e successivamente convertiti in gran parte nella loro forma ossidata 

all'interno del flusso gassoso. 

Da questo, le polveri vengono abbattute mediante sistemi di filtrazione e assorbimento 

mediante lavaggio dei gas. 

3.1.5 Sistemi di trattamento dei gas 

I fumi, che si liberano dalla volta della fornace a temperature intorno a 150 °C, sono 

caratterizzati dalla presenza di prodotti di pirolisi o di combustione delle sostanze organiche, a 

seconda delle condizioni riducenti od ossidanti del bagno, oltre che dalla frazione di metalli o 

composti inorganici che volatilizzano in forma di vapori o di particolato trascinato. 

Inoltre nel flusso gassoso si ritrovano in parte i composti di zolfo, cloro e fluoro, che sono 

rilasciati dalla massa fusa rispettivamente come SO2 , HCl e HF. 

Ad esempio, da esperienze di vetrificazione in atmosfera ossidante intorno a 1150 °C di 

scorie di produzione dell'alluminio (rifiuto 13 di tab. 1) con formazione del vetro al boro N. 4 di tab. 

2, per addizione quasi al 50% di CaO, Na2O e B2O3, si ottengono i valori di ripartizione degli 

elementi nella fase gassosa riportati in tab. 9. 

Tabella 9 [10] Valori sperimentali delle frazione dei singoli 

elementi ripartiti nella fase gassosa, rispetto alla miscela 

vetrificabile di alimento, nella vetrificazione a 1150 °C di 

scorie di produzione dell'alluminio con formazione di un 

vetro al boro 

Mentre gli ossidi che formano la matrice 

vetrosa (SiO2, Al2O3 , ossidi alcalino-terrosi) sono 

refrattari e vengono in larga misura inclusi nel vetro 

finale, lo zolfo e fluoro tendono a sfuggire in 

prevalenza nei gas. 

Anche alcuni metalli pesanti (Pb, Sn, Zn, Hg) 

sia allo stato elementare che in forma di ossidi 

presentano volatilità molto significative. 

Le caratteristiche qualitative dell’effluente 

gassoso che contengono oltre a vapore, azoto, 

anidride carbonica, SOx, acidi alogenidrici ed 

eventuali altri acidi volatili, metalli ed ossidi e 

polveri, richiedono pertanto una sezione di trattamento-gas in modo che le emissioni rientrino nei 

limiti normativi riportati in tab. 10 

29/34



Tabella 10 Limiti di emissione in atmosfera delle attività di recupero di energia dai rifiuti non pericolosi. 

Valori medi giornalieri Valori medi su 30’ 

Parametri 

(mg/Nm 3 ) 

Polveri totali 10 30 

Sostanze organiche (TOC) 10 20 

HCl 10 60 

HF 2 4 

SO2 (*) 50 200 

Cd (*) 0.5 

Hg (*) 0.5 

As, Sb, Sp, Cr, Co, 

Ni, Cu, Mn, V, Sn (*) 

(*) valori medi nel campionamento di 1 ora 

0.05 (totale) 

La tecnologia della sezione di trattamento-gas, simile a quella adottata per gli impianti di 

incenerimento, per i quali sono disponibili sul mercato unità anche di larghe dimensioni, è in questo 

caso semplificata dalla sostanziale assenza di NOX, avendo temperature dei gas in uscita dalla 

fornace nettamente inferiori. 

Il dimensionamento del modulo per abbattere gli inquinanti è condizionato dal contenuto di 

elementi volatili, in particolare Cl, F, SO3, carbonati e carbonio organico nella miscela vetrificabile. 

Così, ad esempio, mentre l'inertizzazione dei rifiuti contenenti amianto (senza carbonio) 

genera circa 100 Nm 3 /t di vetro, questo volume aumenta in misura pressoché uguale per ogni unità 

percentuale di carbonio organico nell'alimento del forno. 

In generale, sono richiesti componenti per la depolverazione delle emissioni, mediante 

elettrofiltri o filtri a manica, per l'abbattimento dei gas acidi, mediante torri di lavaggio, e per la 

rimozione dei metalli pesanti (Hg, Pb, ecc.) e degli eventuali microinquinanti organici ad esempio 

mediante letti a carboni attivi. 

L'abbattimento delle polveri con filtri di tessuto a forma di manica consente di operare fino a 

150-200 °C con investimenti ridotti e di scendere a concentrazioni inferiori a 1 mg/Nm 3 , grazie alla 

captazione anche dei particolati più fini. Questi componenti richiedono tuttavia una frequente 

manutenzione a causa del degrado o dell'occlusione del tessuto. 

Al contrario, l'uso di precipitatori elettrostatici, adatto anche a temperature più alte, abbassa i 

costi operativi e le perdite di carico, ma è penalizzato da più elevati investimenti ed un'efficienza 

più contenuta (fino a 5 mg/Nm 3 ). I gas acidi e nocivi possono essere eliminati dalle emissioni 

mediante sistemi di lavaggio disponibili in varie configurazioni, differenziate a seconda del 

processo a secco, semisecco o ad umido. 

In tutti i casi l'abbattimento dei gas acidi è accompagnato da reazioni di salificazione con 

alcali, ad esempio: 

Ca 

Ca 

Ca 

( OH ) 2 + 2HCl 

→ CaCl2 

+ 2H 

2 

( OH ) 2 + SO2 

→ CaSO3 

+ H 2O 

( OH ) + SO3 

→ CaSO4 

+ H O 

2 

Il processo ad umido, più comune ed efficace, richiede essenzialmente torri di lavaggio a 

spruzzo, o a piatti, dove i fumi vengono messi a contatto con una soluzione di assorbimento che li 

2 

O 

30/34



raffredda fino alla temperatura di saturazione (60-70°C) e per questa ragione si richiede un 

successivo post-riscaldamento. 

Uno schema di impianto è mostrato in fig. 5. Nel primo stadio di assorbimento, a basso pH, 

vengono assorbiti gli acidi e i metalli pesanti volatili, mentre nel secondo gli SOx ed i rimanenti gas 

acidi vengono abbattuti mediante lavaggio con soluzione di NaOH (pH 7-8). Con il sistema ad 

umido si raggiungono rendimenti particolarmente elevati nella rimozione degli inquinanti gassosi 

con quantità ridotte di residui prodotti e con bassi consumi di reagenti, in genere soluzioni di 

idrossido di calcio e di soda caustica. 

Figura 5 Schema di impianto di un processo ad umido di abbattimento dei gas acidi dai fumi 

Figura 6 Schema di impianto di un processo a semi-secco di abbattimento dei gas acidi dai fumi 

31/34



Nei sistemi a secco i fumi di combustione vengono spruzzati con polvere di calce idrata 

all'interno di un reattore dove i gas acidi danno origine a prodotti di reazione solidi. Questi ultimi 

vengono quindi abbattuti insieme con le polveri mediante filtri a manica o elettrofiltri. In questo 

caso le temperature maggiori a valle del trattamento eliminano la necessità di riscaldare 

nuovamente i fumi. Questo vantaggio compensa il maggior consumo di calce. In alternativa a 

quest'ultima si utilizza più recentemente del bicarbonato di sodio sempre in forma di polvere che 

onsente una più elevata efficienza di rimozione con eccesso più contenuto e minore produzione di 

residui solidi. 

Tabella 11 Confronto tra le caratteristiche delle varie configurazioni di processo 

Processo A umido A semisecco A secco 

HCl 

HF 

SO2 

Vantaggi 

Svantaggi 

< 5 mg/m 3 

< 1 mg/m 3 



4 CONCLUSIONI 

L’obiettivo dei processi di inertizzazione, altrimenti detti di stabilizzazione/solidificazione, è 

di ridurre la mobilità dei contaminanti prevedendo o limitando al minimo il loro trasferimento in 

ambiente. 

È importante rilevare che nell’applicazione di questo tipo di trattamenti data la forte 

versatilità applicativa del processo si è in grado di raccogliere e trattare svariati tipi di rifiuti. 

Il fatto poi che la tecnologia impiegata è già a un buon livello (applicazioni in campo 

edilizio) ne garantisce una più semplice preferibile applicabilità. 

Il processo di vetrificazione invece essendo di più recente applicazione, è caratterizzato da 

un numero piuttosto limitato di esperienze territoriali; contraddistinte in generale da pochi impianti 

e di taglia ancora insufficiente. Affidabilità, durata di vita e sicurezza di compatibilità ambientale 

non possono essere ancora assicurate ai potenziali utilizzatori di questi impianti a causa della 

composizione molto variabile dei residui da trattare e della elevata aggressività del bagno fuso verso 

i materiali refrattari e i componenti a contatto con esso. 

La vetrificazione dei residui dei processi termici, ricchi di residui carboniosi, deve affrontare 

significative complicazioni progettuali e di esercizio legate alla gestione ossidante oppure riducente 

del bagno, complessità decisamente superiori ai trattamenti di inertizzazione mediante 

stabilizzazione-solidificazione, che impiegano attrezzature del tutto convenzionali e operano intorno 

alla temperatura ambiente. 

Le incertezze tecniche, dei livelli di automazione adottabili, dell'incidenza della manodopera 

e della manutenzione rendono ancora premature valutazioni sicure dei costi di processo. 

Gli esempi di vetro modello riportati, a partire dalle composizioni di un certo numero di 

residui industriali, hanno evidenziato la possibilità di ottenere quasi tutti i vetri di riferimento 

considerati, senza ricorso ad additivi complementari. 

E' inoltre evidente che la disponibilità di un più largo data-base di materie prime e di vetri 

modello permette di estendere le soluzioni possibili tra cui scegliere quella più conveniente. 

Oltre agli aspetti più importanti dei forni e dei processi fusori sono state esaminate le 

caratteristiche di base dei sistemi di trattamento dei gas generati dal bagno. 

Il processo a umido mostra una maggiore efficacia di abbattimento dei gas acidi con 

consumi più ridotti di reagenti chimici. I processi a secco e semi-secco sono invece più efficienti in 

termini di recupero termico ed anche per la possibilità di riciclare direttamente al bagno fusorio i 

sali così generati. 

33/34



5 BIBLIOGRAFIA 

[1] Luciano Morselli, Roberto Marassi - La chimica, il ciclo di vita, la valorizzazione, lo 

smaltimento, il controllo ambientale - 2002 Franco Angeli 

[2] APAT “Agenzia per la protezione dell’ambiente e per i servizi tecnici ” 

www.apat.gov.it/site/it-IT/Temi/Rifiuti/Produzione/La_classificazione_dei_rifiuti/ 

[3] “Inertizzazione dei rifiuti” 

www.atia.it/Citec/documenti/CITECANNESSO4.pdf 

[4] Rapporto CESI (Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano) - La vetrificazione dei rifiuti con 

forni elettrici: miscele vetrificabili e aspetti di processo - Giacinto Motta SpA 

[5] “Inquinanti organici” 

http://bdt.regione.puglia.it/download/Inquinanti_organici.pdf 

[6] M. Krauss - Vitrification of waste materials - Glass Science And Technology - 1997, Vol 70, 

Iss 12, pp 375-381 

[7] S. Maugendre et al. - Process of production of a glass intended to be transformed into 

continuous or staple fibers - US Patent 5420082, May 1995 

[8] W. Lutze, R. C. Ewing - Radioactive waste forms for the future - Publishe by NHPC, 

Amsterdam, 1988 

[9] Menzler-NH Mortel-H Weissmann-R - Comparative-studies of the corrosion and long-term 

stability of vitrified E-filter dust from waste incinerators, granules from high-temperature 

waste incineration plants and a model glass - Glass Science And Technology-Glastechnische 

Berichte 1999, Vol 72, Iss 8, pp 266-272 

[10] VIT Case Study: Recycling spent aluminium poliners 

www.vitrification.com/study.htm , Giugno 2000 

34/34

trattamento di rifiuti industriali - Antonio.licciulli.unile.it

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?