Innesco di polveri metalliche: reattività e criteri predittivi in geometrie complesse

Lo studio, iniziato il 03/06/2020, si è concluso il 30/06/2021.
La consultazione della letteratura scientifica ed i test sperimentali condotti in laboratorio hanno permesso di identificare la miglior tecnologia per inertizzare le polveri metalliche, al fine di renderle sicure in fase di manipolazione, trasporto e stoccaggio. Le due principali tipologie di polveri studiate sono l’una a matrice prevalente alluminio, l’altra a base ferro.

Si sono indagati sistematicamente gli effetti di variazioni di temperatura, distribuzione granulometrica e stato di ossidazione, sulla reattività delle polveri metalliche.
È stato osservato come l’inertizzazione delle polveri metalliche può avvenire sia in acqua liquida sia con l’aggiunta, in soluzione acquosa, di specifiche sostanze chelanti.
In particolare, l’inertizzazione con acqua liquida pura risulta efficace a temperature superiori a 70°C, per un tempo di trattamento di almeno 90 min, per entrambe le tipologie di polvere. L’effetto della temperatura permette di velocizzare la reazione di ossidazione della polvere metallica con l’acqua e generare uno strato di ossido impermeabile, di spessore variabile, che protegge la polvere da successive ossidazioni, producendo contemporaneamente idrogeno gassoso.

Per quanto riguarda le sostanze chelanti studiate (sodio metasilicato, calcio lignosolfonato, sodio D-gluconato), è stato osservato che esse, addizionate all’acqua liquida, sono in grado di inertizzare le polveri metalliche già a temperatura ambiente. La loro funzione è di creare un film protettivo attorno alle particelle, per impedire la reazione di ossidazione. Una campagna di prove sperimentali ha permesso di individuare quale sia la miglior sostanza chelante, in termini di capacità di inertizzazione e rapporto costo-concentrazione, ossia il sodio metasilicato, il quale è in grado di inertizzare le polveri metalliche a T ambiente e in 17h di trattamento circa.
E’ stata identificata e validata una procedura standard in grado di classificare, in modo semplice e rapido, il rischio di innesco e la reattività delle polveri metalliche, classificandole in 3 gruppi, per classi di pericolosità crescente: 1) non reattiva, 2) poco reattiva e 3) molto reattiva.

Accanto all’approccio sperimentale, che ha portato alla realizzazione di set-up specifici e all’utilizzo di strumenti analitici, atti a monitorare l’autoriscaldamento delle polveri metalliche, è stato individuato, sviluppato e validato un modello matematico in grado di descrivere la cinetica della reazione di ossidazione dell’alluminio in acqua, mediante un approccio shrinking core.
Questa attività ha portato all’elaborazione di un progetto per la realizzazione di un prototipo, in grado di inertizzare campioni di polveri metalliche, mediante trattamenti termici in acqua liquida, e di testare la reattività residua di tali campioni. E’ stato quindi depositato un brevetto, relativo al procedimento e all’apparato sopra descritti.

Grazie ad incontri con consulenti esterni, per la gestione degli aspetti amministrativi e contabili, e grazie a periodici incontri tecnici interni, per il monitoraggio dell’avanzamento dell’attività progettuale, tutti gli obiettivi del progetto sono stati raggiunti.

Inizio: 03/06/2020
Fine: 30/06/2021