ITMI20110668A1 - Procedimento per la preparazione di manufatti a base di zolfo - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“PROCEDIMENTO PER LA PREPARAZIONE DI MANUFATTI A BASE DI ZOLFOâ€

La presente invenzione riguarda un procedimento per la preparazione di manufatti a base di zolfo che comprende il raffreddamento dello zolfo liquido in un opportuno contenitore, con conseguente solidificazione e formatura del manufatto, caratterizzato dal fatto che alla massa di zolfo liquido in raffreddamento vengono applicate onde elastiche di pressione. L’invenzione riguarda inoltre manufatti a base di zolfo ottenuti secondo detto procedimento.

Sfondo dell’invenzione

Nelle raffinerie à ̈ prassi comune desolforare i tagli petroliferi tramite unità di idrotrattamento e presso i siti di estrazione di gas naturale acido tramite opportune tecnologie producendo in tal modo ingenti quantitativi di zolfo come sottoprodotto, il quale viene stoccato liquido in serbatoi oppure solidificato in grandi blocchi, oppure pastigliato o formato per via umida in fiocchi o pellet di piccole dimensioni al fine di facilitare la dispersione del calore nel processo di solidificazione e facilitarne movimentazione e trasporto. In tal modo, presso i siti produttivi, si possono costituire ammassi di ingenti dimensioni, dell’ordine delle decine/centinaia di metri di lunghezza e di larghezza, con altezze pari o superiori ai 10 metri e tali da comportare onerose operazioni di stoccaggio/destoccaggio. A seconda delle esigenze del mercato à ̈ necessario disporre di tecniche di solidificazione, stoccaggio e destoccaggio efficienti ed economiche. Lo zolfo à ̈ caratterizzato da una limitata conduttività termica e per tale motivo, nella pratica industriale i blocchi di zolfo di grandi dimensioni sono ottenuti per alimentazione e stratificazione in successivi strati sottili giustapposti con spessori non superiori a circa 10 cm e preferibilmente non superiori a 5 cm, garantendo un adeguato tempo di raffreddamento alla massa colata, al fine di conferire le necessarie caratteristiche di resistenza meccanica. La stratificazione, infatti, permette un’efficacie dispersione del calore dalla superficie esposta all’aria per convezione naturale. In assenza di tale procedura, il materiale colato, una volta raffreddato presenta la formazione di materiale fragile, disomogeneo caratterizzato dalla presenza di cavità, le quali possono contenere zolfo allo stato liquido con possibili danni a persone o macchinari durante le fasi di lavorazione/movimentazione. La solidificazione dello zolfo stratificato necessita grandi estensioni e tempi di solidificazione rilevanti. Per ovviare a questi inconvenienti sono utilizzate tecniche di formatura di zolfo in fiocchi, pellet o pastiglie utilizzanti refrigeranti (generalmente acqua) caratterizzati da un migliore coefficiente di trasporto del calore rispetto all’aria e posti a contatto diretto/indiretto con lo zolfo. Tali metodi garantiscono elevate produttività ma sono complicati ed onerosi, comportando l’utilizzo di apparecchiature complesse (prilling tower, gocciolatrici, pastigliatrici con rulli di formatura rotanti), di notevoli quantitativi di acqua di raffreddamento e di un’ingente mano d’opera qualificata. Lo zolfo à ̈ stato ed à ̈ uno degli elementi più studiati a causa delle sue caratteristiche polimorfiche e peculiarità. Lo zolfo ortorombico (cioà ̈ la forma stabile in condizioni ambiente) à ̈ stata una delle prime strutture cristalline ad essere caratterizzata ai raggi X, da allora, più di 50 forme allotropiche dello zolfo sono state descritte, comprendendo strutture basate principalmente su molecole cicliche o catene polimeriche. La struttura ortorombica, o più comunemente zolfo alfa, dal caratteristico colore giallo-chiaro, à ̈ opaca e fragile ed à ̈ stabile al di sotto di circa 95°C (369°K). A temperature superiori lo zolfo alfa si trasforma nell’allotropo monoclino beta, il quale à ̈ stabile fino alla temperatura di fusione pari a circa 115 (388°K). I cristalli sono a forma di ago, cerosi e fragili, di colore giallo-arancio con riflessi madreperlacei. La trasformazione tra le due forme à ̈ reversibile. Sia l'alfa-ortorombico che lo zolfo beta-monoclino si basano sull’unità molecolare S8. La densità dei due allotropi à ̈ pari a 2,066 g/cm3 per lo zolfo alfa e 2,008 g/cm3 per lo zolfo beta. Nella forma amorfa, ottenuta per rapido raffreddamento dello zolfo fuso, non ci sono cristalli, in questo stato lo zolfo à ̈ duro, marrone scuro ed elastico ed à ̈ instabile, trasformandosi lentamente in zolfo rombico cristallino; la cristallografia a raggi X mostra che tale forma amorfa potrebbe avere forma elicoidale con 8 atomi. Lo zolfo liquido, à ̈ caratterizzato da proprietà fisiche uniche, a tutte le temperature contiene anelli i da 6 fino ad almeno 35 atomi, con S8costituente la maggioranza delle specie insieme allo zolfo polimerico S1, il quale diventa maggioritario solo a temperature superiori ai 170°C (443°K). Lo zolfo liquido à ̈ caratterizzato da un colore giallo-miele in vicinanza della temperatura di fusione, colore che vira reversibilmente con il crescere della temperatura al giallo intenso, da questo all’arancio, poi al rosso scuro fino al rosso-marrone in prossimità del punto di ebollizione 445°C (718°K). La densità di zolfo liquido (a pressione ambiente) diminuisce con l'aumentare della temperatura da 1.802 g/cm<3>a 120°C (393°K) fino a 1,573 g/cm<3>a 440°C (713°K). Lo zolfo ha ottime capacità termoisolanti, la conducibilità termica dello zolfo, diminuisce con l'aumentare della temperatura. Per temperature inferiori a 95.4°C (368°K) la conduttività dello zolfo alfa può essere espressa approssimativamente con la seguente legge k = 0.8935-3.3347 x T/10<3>+4.1524x T ^2/10<6>(W/mK) con il parametro T temperatura espresso in gradi Kelvin, ossia circa 0.266 W/mK a circa 27°C (300°K); mentre appena superata la temperatura di transizione allo zolfo monoclino la conduttività termica dello zolfo beta crolla a valori pari a circa 0.156. W/mK. La viscosità dinamica del fuso, mostra un minimo di 0,007 s Pa (0,07 Poise) a circa 157°C (430°K), ma aumenta di oltre quattro ordini di grandezza nel campo di temperatura ridotto di 155-190°C (428-463°K), raggiungendo a circa 187°C (460°K) la viscosità massima di 93,2 sPa, poi la viscosità diminuisce nuovamente fino a 0,1 sPa al punto di ebollizione. La figura 1 mostra il diagramma di fase semplificato dello zolfo, in cui à ̈ illustrato il processo di solidificazione ad 1 atmosfera in cui lo zolfo passa dallo stato liquido (A) allo stato solido monoclino beta (B) fino allo stato solido ortorombico alfa (C).

Stato dell’arte

GB1536693A descrive un metodo per la produzione di pellet da goccioline di zolfo fuso. Le goccioline di zolfo in fase di solidificazione sono immerse in un refrigerante formando dei pellet da un rampa inclinata e sommersa nel medesimo refrigerante e/o assoggettando i pellet in formazione ad onde acustiche di pressione, soniche o preferibilmente ultrasoniche applicate alla rampa tramite trasduttori o vibratori. Le onde di pressione impediscono la mutua adesione tra i pellet e tra quest’ultimi e la rampa. La rampa inclinata aumenta il tempo di permanenza all’interno del refrigerante dei pellet in solidificazione, contribuendo al consolidamento di quest’ultimi, grazie alla modificazione della cavità interna, la quale passa ad una conformazione più centrata e circolare meccanicamente più resistente. Il trovato opera esclusivamente su goccioline di dimensioni minute, richiede quantità elevate di refrigerante e di operatori specializzati ed à ̈ limitato dalla necessità di movimentare, una volta terminata la solidificazione, ingenti quantità di materiale sfuso.

US4981740 descrive un metodo per la preparazione di tubi in zolfo cemento analogo alla preparazione di tubi in cemento a secco e vibro assistita utilizza una composizione assimilabile al calcestruzzo in cui il legante e l’acqua sono sostituiti da un volume sostanzialmente uguale di zolfo e cemento fuso. La miscela à ̈ colata in uno stampo per tubi soggetto a vibrazioni e preriscaldato fino a circa 160°C; successivamente il manufatto viene separato dallo stampo. Le vibrazioni producono una compattazione delle particelle degli agglomerati, assicurano la ricopertura delle particelle con un sottile strato di zolfo cemento ed un riempimento omogeneo dello stampo. Il tubo prodotto risulta incollassabile al momento dell’apertura dello stampo dopo alimentazione, ottenendo in tal modo, dopo la maturazione fuori stampo, manufatti con caratteristiche meccaniche superiori rispetto quelli a base di cemento e resistenti alla corrosione acida.

Descrizione dell’invenzione

Si à ̈ ora sorprendentemente trovato un procedimento di solidificazione e consolidamento dello zolfo utilizzante onde elastiche e alimentazione controllata, applicabile a manufatti di varie forme e dimensioni. Il procedimento secondo l’invenzione impiega onde elastiche propagate nello zolfo liquido al fine di provocare, durante la fase di solidificazione e raffreddamento, uno stato metastabile caratterizzato dalla presenza contemporanea della fase liquida e della fase solida cristallina dispersa all’interno del liquido grazie all’agitazione. Durante il raffreddamento e la solidificazione vibroassistita la fase liquida si arricchisce progressivamente in zolfo cristallino in sospensione assumendo una consistenza sempre più pastosa e granulosa grazie alla progressiva cessione di calore e al campo di moto indotto. La sospensione può essere manipolata e/o sottoposta a formatura al fine di ottenere, una volta terminato il processo di solidificazione e raffreddamento, manufatti, anche di dimensioni considerevoli, aventi caratteristiche meccaniche controllate. Si à ̈ inoltre osservato che, in particolari condizioni, la sospensione ad elevata concentrazione di zolfo solido cristallino può essere manipolata da un operatore, conservando per un breve periodo la plasticità, senza protezioni dal calore grazie alla formazione di un sottile film di zolfo liquido intercristallino a bassa conduttività termica. L’applicazione di onde elastiche concorre altresì ad una migliore dispersione del calore; infatti i moti indotti dalle onde elastiche di pressione all’interno dello zolfo liquido in fase di raffreddamento e/o di solidificazione migliorano il coefficiente di scambio termico con l’ambiente esterno ed impediscono la formazione di stratificazioni di zolfo liquido o monoclino caratterizzati da conduttività termica inferiore. Si à ̈ infatti osservato che l’induzione di perturbazioni per mezzo di onde elastiche di pressione nello zolfo liquido inibisce la formazione nello zolfo solidificato d’interni discontinui, friabili e caratterizzati macrocristalli e vuoti di dimensioni non trascurabili e randomizzati, generando in tal modo un consolidamento dei manufatti così trattati. Detti manufatti possono essere ottenuti anche senza diretta immersione in un refrigerante, ad esempio, tramite raffreddamento in uno stampo, o cassaforma, o sopra una superficie. Detta applicazione di onde elastiche allo zolfo può, ad esempio, essere effettuata tramite vibrodine, motovibratori meccanici (in grado di produrre azioni solo di tipo sinusoidale), pneumatici, oleodinamici, elettrici (elettroidraulici/elettrodinamici), a parete o tramite basi vibranti, o per mezzo di vibratori ad immersione nel liquido o trasduttori ultrasonici o qualsiasi dispositivo o metodologia o combinazione di tecniche note. La frequenza di applicazione delle onde elastiche di perturbazione applicabili nel presente trovato à ̈ superiore 0.1 Hz e comprende il campo infrasonico, sonico con frequenze preferibilmente uguali o superiori a 50 Hz ed il campo ultrasonico (superiore a 20 kHz). L’applicazione di onde di perturbazione elastiche può avvenire, a seconda del tipo di generatore di vibrazioni in modalità continua, pulsata e/o a frequenza variabile, in multifrequenza o in “sweeping†modulando la frequenza del segnale prodotto attorno ad una frequenza centrale. Le onde ultrasoniche sono utilizzate non solo per il consolidamento del manufatto ma anche con finalità ispettive della densità/spessore dei manufatti a base di zolfo. Il processo di ottenimento della fase contenente zolfo solidificato in sospensione può essere operato a pressione atmosferica oppure a pressioni differenti. Lo scambio di calore verso l’ambiente esterno può avvenire per irraggiamento, convezione naturale o forzata, conduzione ed in presenza di fluidi refrigeranti. Nel caso di utilizzo di scambiatori di calore, gli stessi possono essere flottanti e/o vibranti sulla superficie dello zolfo fuso/zolfo in sospensione ed essere altresì dotati di tubazioni flessibili per l’alimentazione del refrigerante. Il procedimento oggetto della presente invenzione à ̈ finalizzato alla preparazione di manufatti a base di zolfo e comprende l’applicazione di onde elastiche di pressione nello zolfo liquido e preferibilmente l’alimentazione controllata dello stesso, la formatura e il consolidamento dello zolfo formato e raffreddato. L’applicazione di onde elastiche inducono la formazione di una sospensione metastabile di zolfo cristallizzato nello zolfo liquido durante la fase di raffreddamento e solidificazione. In una particolare modalità di realizzazione, il procedimento dell’invenzione comprende le seguenti fasi:

a) alimentazione controllata dello zolfo liquido in un volume di contenimento con applicazione di onde elastiche allo zolfo liquido durante il raffreddamento e solidificazione fino alla formazione di una sospensione di zolfo solido in zolfo liquido

b) formatura di detto zolfo in sospensione

c) raffreddamento e solidificazione di detto zolfo in sospensione fino al raggiungimento della temperatura ambiente.

L’alimentazione controllata dello zolfo liquido può essere condotta mediante:

a) rimescolamento dello zolfo liquido sulla superficie del manufatto in formatura, e/o

b) regolazione della velocità di accrescimento del livello di zolfo nel volume di contenimento o rispetto alla superficie superiore del manufatto, essendo detta velocità preferibilmente inferiore a 50 cm/ora, e più preferibilmente compresa tra 10 cm/ora e 1 cm/ora, e/o

c) regolazione della temperatura di alimentazione preferibilmente a valori uguali o inferiori a 130°C.

Per formatura s’intende il conferimento al manufatto a base di zolfo delle caratteristiche morfologiche e geometriche desiderate, ad esempio, tramite superfici delimitanti un volume di contenimento e/o per mezzo di fori/luci di passaggio, oppure tramite stratificazione su superfici idonee. L’applicazione di onde elastiche allo zolfo liquido fino alla formazione di una sospensione di zolfo solido in zolfo liquido può avvenire in una fase precedente il processo di formatura o avvenire durante il processo di formatura o in entrambe le fasi. Per la formatura à ̈ possibile utilizzare stampi, casseforme, calandre, estrusori o altri dispositivi opportunamente adattati, previa alimentazione o colatura di zolfo fuso o sospensione di zolfo solido nel fuso. La stratificazione dello zolfo in sospensione su superfici opportune può avvenire anche tramite spalmatura, oppure attraverso una o più alimentazioni/colate successive. La formatura può avvenire direttamente in un contenitore di trasporto oppure in qualsiasi volume atto a contenere lo zolfo in sospensione e tale da impedire/limitare la fuoriuscita di zolfo. L’alimentazione controllata e/o stratificazione/formatura può avvenire su opportuni materiali quali ad esempio resine, materiali termoplastici, materiali termoisolanti (ad esempio EPS ad alta densità), cartone/cartone catramato, legno, compensato, cemento/calcestruzzo, zolfo cemento, metallo (ad esempio alluminio). La presenza di cristalli di zolfo in sospensione nello zolfo liquido può essere prolungata nel tempo tramite apporto di calore e controllo della temperatura e del campo di moto della sospensione. I manufatti da zolfo, se richiesto dalle dimensioni, possono essere dotati di scanalature, cavità, fori passanti, ganci oppure posizionati su bancali o altro per una rapida movimentazione. Dette scanalature o cavità possono essere ottenute in formatura tramite l’interposizione, nel processo di alimentazione vibroassistita, di elementi sagomati in opportuno materiale o attraverso l’utilizzo di stampi. Alternativamente gli elementi per la movimentazione quali, ad esempio, ganci, funi, staffe possono essere preventivamente allocati nel volume di formatura, inglobati successivamente dal materiale colato ed utilizzati una volta solidificato il manufatto. La produzione di cavità/fori passanti all’interno del manufatto a base di zolfo può essere altresì finalizzata al conferimento di una trasmittanza termica inferiore al manufatto o per altre necessità. Nel caso di utilizzo di frequenze ultrasoniche la manifattura può infine essere assistita e controllata da rilevatori della risposta dinamica delle forzanti elastiche indotte al fine di monitorare le caratteristiche strutturali del manufatto.

Breve descrizione dei disegni

Sono qui descritte in dettaglio alcune forme di realizzazione della presente invenzione dirette ad illustrare ulteriori aspetti, caratteristiche e vantaggi dell’invenzione medesima, con riferimento agli annessi disegni, in cui:

Fig. 1: mostra il diagramma di fase semplificato dello zolfo, in cui à ̈ illustrato il processo di solidificazione ad 1 atmosfera in cui lo zolfo passa dallo stato liquido (A) allo stato solido monoclino beta (B) fino allo stato solido ortorombico alfa (C).

Fig. 2: Campione di zolfo relativo all’esempio 1. La macrofotografia illustra una sezione di zolfo solidificato in assenza di vibrazioni indotte nello zolfo colato in cui si evidenzia la formazione di macro vacuoli.

Fig. 3: Medesimo campione di zolfo concernente l’esempio 1 in cui si evidenzia la formazione di macro cristalli disposti senza orientamento e tali da aumentare la fragilità del campione.

Fig. 4: Campione di zolfo riguardante l’esempio 2. La macrofotografia illustra una sezione di zolfo solidificato dopo formazione di sospensione di zolfo solido in zolfo liquido a seguito di vibrazioni indotte nello zolfo liquido, in cui si evidenzia una massa omogenea ad elevato tenore di zolfo alfa.

Fig. 5: Ã ̈ una vista schematica e parziale di un manufatto a base di zolfo 1 in alimentazione controllata da un ugello 5 entro un volume delimitato dalle superfici 2 e 3 poste su una piastra vibrante 4 atta ad indurre la formazione di zolfo in sospensione in accoppiamento ad un dispositivo di raffreddamento diretto della superficie dello zolfo utilizzante una ventola 6.

Fig. 6: Ã ̈ una vista schematica e parziale di un manufatto a base di zolfo in alimentazione controllata da un ugello 5 entro un volume delimitato dalle superfici 2 e 3 e dotato di un dispositivo di rimescolamento 7 ad onde elastiche dello zolfo fuso tra la sua superficie esterna e i suoi strati atte ad indurre la formazione di zolfo solido in sospensione nello strato superficiale di zolfo fuso 8 a contatto con la superficie superiore della porzione di manufatto precedentemente formato 1.

Fig. 7: à ̈ una vista schematica e parziale di un manufatto di zolfo 1 colato da un ugello 5 entro un volume delimitato dalle superfici 2 e 3 poste su di una piastra vibrante 4. Detto manufatto à ̈ realizzato in due fasi successive, una prima di alimentazione di opportuno materiale 9 (ad esempio zolfocemento, calcestruzzo, resina termoplastica) atto a conferire le proprietà desiderate al manufatto e una seconda alimentazione controllata di zolfo dal medesimo ugello (o da un secondo ugello non indicato). Alternativamente a quanto illustrato lo zolfo può essere colato e vibrato sulla superficie (interna e/o esterna) di un manufatto in opportuno materiale, ad esempio, al fine di conferire caratteristiche di resistenza all’attacco acido al manufatto.

Fig. 8: à ̈ una vista schematica e parziale di un manufatto di zolfo 1 colato da un ugello 5 entro un volume delimitato dalle superfici 2 e 3 poste su di una piastra vibrante 4 atta ad indurre la formazione di zolfo solido in sospensione. Il manufatto presenta scanalature 10 atte al posizionamento di un braccio di carrello elevatore per la movimentazione. Dette scanalature possono essere ricavate nel blocco durante l’alimentazione, ad esempio, previo posizionamento sul fondo di elementi, ad esempio in cartone, atti a determinare un volume vuoto all’interno del blocco; oppure tramite opportuno stampo.

Fig. 9: medesimo manufatto di zolfo di figura 5, in una fase successiva alla formazione di zolfo solido in sospensione, in cui detto blocco solidificato à ̈ movimentato tramite il braccio di un carrello elevatore 11 posizionato all’interno di dette scanalature 10 presenti nel manufatto.

Fig. 10: à ̈ una vista schematica e parziale di un manufatto di zolfo 1 colato da un ugello 5 in alimentazione controllata entro un volume delimitato dalle superfici 2 e 3 poste su di una piastra vibrante 4 atta ad indurre la formazione di zolfo solido in sospensione, essendo detto manufatto dotato di scanalature 12 atte al posizionamento di funi/catene per la movimentazione. Dette scanalature possono essere ricavate nel blocco durante l’alimentazione, previo posizionamento sul fondo di elementi, ad esempio in cartone, atti a determinare un volume vuoto all’interno del blocco; oppure tramite opportuno stampo o cassaforma. Alternativamente, dette funi per la movimentazione possono essere opportunamente inglobate nel manufatto durante il processo di solidificazione e formatura.

Fig. 11: medesimo manufatto di zolfo di figura 10, in una fase successiva, in cui detto manufatto à ̈ movimentato tramite funi 13 (o catene o altro) passanti all’interno delle scanalature 12 ed utilizzanti un gancio di sollevamento 14. Il manufatto può essere in seguito avvolto in opportuno materiale 15 al fine di contenere/eliminare il rilascio di fini durante il trasporto.

Fig. 12: à ̈ una vista schematica e parziale di un manufatto a base di zolfo in alimentazione controllata da un ugello 5 entro un volume delimitato dalle superfici 2 e 3. L’ugello di alimentazione à ̈ termicamente isolato e passante attraverso uno scambiatore di calore vibrante 16 dotato di bocchelli di entrata 17 ed emissione 18 del fluido di raffreddamento. Lo scambiatore à ̈ flottante rispetto alla superficie dello zolfo fuso 8 e le forzanti elastiche sono indotte, ad esempio, tramite vibrodina 19 ad azionamento meccanico operante a 100 Hz. Le onde di pressione trasmesse dalla superficie dello scambiatore a contatto con lo zolfo, migliorano il coefficiente di scambio termico ed inducono la formazione di zolfo solido in sospensione nello strato superficiale di zolfo fuso 8 a contatto con la superficie superiore della porzione di manufatto precedentemente formato 1. Alternativamente a quanto illustrato lo scambiatore può, ad esempio, essere costituito da una piastra raffreddata tramite opportuno fluido e vibrante, azionata da opportuni attuatori elettrodinamici operanti nel campo di frequenze comprese tra 5 e 1000 Hz, i quali sono a loro volta raffreddati dalla medesima piastra.

Fig. 13: Ã ̈ una vista schematica e parziale di un manufatto a base di zolfo in alimentazione controllata da un ugello 5 entro un volume delimitato dalle superfici 2 e 3 ed ottenuto come in fig. 12 direttamente su di un bancale 20 per la movimentazione. Al termine della formatura e solidificazione le paratie mobili di contenimento e formatura sono asportate ed il manufatto avviato allo stoccaggio o al caricamento per il trasporto.

Fig. 14: à ̈ una vista schematica e parziale di un manufatto a base di zolfo in alimentazione controllata dagli ugelli 5 entro un volume delimitato dalle superfici 2, 3 e 21 e formato direttamente su di un bancale per la movimentazione 20. La superficie 21 delimita un manufatto preformato in opportuno materiale (ad esempio un elemento tubolare a sezione quadrata in calcestruzzo). La superficie 3 à ̈ costituita da 4 paratie mobili di contenimento e formatura asportabili e dotate di vibrodine 19. Terminata la formatura vibro assistita e rimosse le paratie il manufatto à ̈ avviato allo stoccaggio o al caricamento per il trasporto.

Fig. 15: Ã ̈ una vista schematica e parziale ed esemplificativa di una sezione cassaforma costituita da due segmenti 21 scomponibili ed atta alla formatura vibroassistita di manufatti 22 a base di zolfo.

Fig. 16: Ã ̈ una vista schematica e parziale ed esemplificativa di manufatti 22, 23 24 a base di zolfo dotati di mutui incastri ottenibili da casseforme scomponibili e vibroassistite.

Esempio 1

Un campione di zolfo di grammi 400 à ̈ liquefatto a pressione ambiente in un beker e riscaldato fino a circa 200°C (473 °K), ottenendo uno strato alto 50 mm. Successivamente il campione viene raffreddato e solidificato in aria a temperatura ambiente. Dopo 30 minuti il campione si à ̈ solidificato sulla superficie esterna ma presenta al suo interno una fase liquida. Al termine del raffreddamento e solidificazione il campione così ottenuto si presenta fragile e disomogeneo: le foto di figura 2 e figura 3 evidenziano, all’interno del campione, la formazione rispettivamente di un macrovacuolo e la localizzazione di micro e macro cristalli.

Esempio 2

Un campione di zolfo di grammi 400 à ̈ liquefatto pressione ambiente in un beker e riscaldato fino a circa 200°C (473°K), ottenendo uno strato alto 50 mm. Detto campione di zolfo liquido à ̈ lasciato raffreddare in aria a temperatura ambiente e sottoposto ad onde elastiche tramite posizionamento del becker su di una piastra vibrante da 135 W (50 Hz). Il campione à ̈ sottoposto a vibrazioni caratterizzate da un’accelerazione efficace media ponderata pari a circa 7 m/s<2>. La massa raffreddandosi si trasforma progressivamente in una sospensione di zolfo solido cristallizzato all’interno dello zolfo liquido, la consistenza e granulosità del campione aumenta progressivamente. Dopo circa 25 minuti dall’inizio del processo di raffreddamento e vibrazione il campione risulta ancora penetrabile e l’inserzione di una termocoppia all’interno della massa indica una temperatura media inferiore a 115°C (388°K). Ottenuta la consistenza desiderata del campione le vibrazioni sono sospese. Al termine dell’induzione delle onde elastiche nel campione, la massa à ̈ lasciata solidificare a temperatura ambiente fino all’ottenimento di una massa compatta e costituita in prevalenza da zolfo ortorombico alfa privo di macrocristalli e macrovacuoli come illustrato in figura 4. Il campione così ottenuto ha caratteristiche meccaniche superiori al campione dell’esempio 1.

Esempio 3

Un manufatto a base di zolfo avente un altezza di 810 mm ed un peso superiore a 1.4 ton viene formato in una cassaforma avente una base con le seguenti dimensioni 1200 mm x 800 mm x 144 mm. La cassaforma à ̈ costituita da 4 pannelli in alluminio ad incastro ed aventi altezza pari a 1000 mm. La formazione à ̈ vibro assistita tramite base vibrante con applicazione di onde elastiche con frequenza maggiore o uguale a 50 Hz ed avviene tramite alimentazione continua e in controllo di accrescimento livello e di temperatura di colata. Durante il processo di formatura sulla superficie esterna laterale e su quella inferiore sono prodotte delle scanalature per posizionamento di funi atte alla movimentazione. Il raffreddamento del blocco avviene per convezione naturale fino a completa solidificazione ad una temperatura media inferiore ai 90°C. La densità media del manufatto à ̈ controllata tramite dispositivo ultrasonico operante.

Esempio 4

Un blocco manufatto di zolfo viene formato in una cassaforma avente una base con le seguenti dimensioni 1016 mm x 1219 mm x 150 mm. La cassaforma per la formatura à ̈ costituita da 4 pannelli in alluminio ad incastro ed aventi altezza pari a 850 mm. Lo zolfo viene alimentato liquido a temperatura controllata di circa 130°C ed in controllo di portata. Sulla superficie dello zolfo liquido à ̈ posto uno scambiatore di calore flottante e vibrante a 100 Hz azionato da vibrodina elettromeccanica, la quale induce nello zolfo sottostante la formazione di una sospensione di zolfo cristallino in zolfo fuso. L’alimentazione di zolfo fuso à ̈ tale da consentire la formazione di uno strato di zolfo solido sul fondo ed uno strato di zolfo in sospensione sovrastante. Il livello dello zolfo e la superficie di scambio termico vibrante sono progressivamente innalzati fino al raggiungimento dell’altezza prefissato pari a 720 mm. Durante il processo di formatura sulla superficie esterna laterale e su quella inferiore sono prodotte delle scanalature di opportune dimensioni atte al collocamento dei bracci di un carrello elevatore. A completamento della solidificazione si ottiene un blocco manufatto di zolfo con un peso superiore a 1.7 tonnellate. A questo punto la cassaforma in alluminio viene aperta e separando i pannelli e lo scambiatore di calore flottante. Successivamente il blocco manufatto à ̈ movimentato tramite carrello elevatore e caricato direttamente su container per il trasporto oppure à ̈ avvolto prima del trasporto in un materiale protettivo quale, ad. esempio, polietilene in fogli. In tal modo un impianto dotato di opportuni bracci di carico zolfo liquido tracciati a vapore ed asserviti a 30 isole di alimentazione zolfo fuso, contenenti 10 manufatti ciascuna, nello stato di colatura/formatura, garantisce una produttività di zolfo superiore a 500 tonnellate/giorno.

Esempio 5

Un blocco manufatto di zolfo viene formato in una cassaforma avente le medesime dimensioni del precedente ottenuto nel medesimo tipo di cassaforma, ove lo scambiatore di calore flottante sia dotato di trasduttori ultrasonici (con frequenza superiore a 20 kHz), ad esempio, a magnetostrizione al fine di indurre le perturbazioni elastiche nello zolfo liquido sottostante. La frequenza delle vibrazione indotte può essere utilmente variata durante la preparazione del manufatto. La cassaforma può essere dotata di rilevatori finalizzati all’analisi delle risposta dinamica alle vibrazioni indotte nel manufatto al fine di determinarne le caratteristiche strutturali.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la preparazione di manufatti di zolfo comprendente il raffreddamento dello zolfo liquido in un volume di contenimento, preferibilmente scelto tra stampo e cassaforma, fino a solidificazione della massa di zolfo e formatura del manufatto, caratterizzato dal fatto che alla massa di zolfo liquido in raffreddamento vengono applicate onde elastiche di pressione.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto raffreddamento à ̈ condotto in modo da ottenere la formazione di una sospensione di zolfo solido in zolfo liquido.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui detto raffreddamento à ̈ attuato mediante alimentazione controllata di detto zolfo liquido in detto volume di contenimento.
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui detta alimentazione controllata dello zolfo liquido à ̈ attuata mediante: a) rimescolamento dello zolfo liquido sulla superficie del manufatto in formatura; e/o b) regolazione della velocità di accrescimento del livello di zolfo nel volume di contenimento, essendo detta velocità preferibilmente inferiore a 50 cm/ora, più preferibilmente compresa tra 10 cm/ora e 1 cm/ora, e/o c) regolazione della temperatura di alimentazione preferibilmente a valori uguali o inferiori a 130°C.
5. 5. Procedimento secondo le rivendicazioni 3-4, in cui detta alimentazione di zolfo liquido avviene su superfici preformate costituenti il manufatto ed in particolare essendo dette superfici costituite da zolfo, resine, materiali termoplastici, materiali termoisolanti, cemento, calcestruzzo, zolfo cemento o metallo.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui dette onde elastiche di pressione sono applicate a una frequenza superiore a 0.1 Hz e preferibilmente superiore a 50 Hz.
7. 7. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-6, in cui il raffreddamento e la solidificazione dello zolfo sono condotti in presenza di uno scambiatore di calore essendo detto scambiatore preferibilmente dotato di superficie di scambio vibrante a contatto con lo zolfo liquido.
8. 8. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-7, in cui detta solidificazione e formatura del manufatto avvengono su di un bancale atto alla movimentazione e/o trasporto.
9. 9. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-8, in cui il manufatto à ̈ dotato di cavità e/o fori e/o sporgenze e/o scanalature atte all’alloggiamento di organi di movimentazione e/o all’incastro.
10. 10. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-9, in cui durante il raffreddamento e la solidificazione dello zolfo viene rilevata la densità media e/o lo spessore del manufatto di zolfo mediante tecniche ad ultrasuoni.
11. 11. Manufatto a base di zolfo ottenibile attraverso il procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-10.