Brevet FR2451901A1 — publié le 19801017

La présente invention a trait au domaine du traitement de déchets, à teneur en eau élevée ou de boues de diverses origines telles qutindustriel- les, agricoles ou domestiques. Elle concerne plus spécialement un procédé de traitement de tels déchets, notamment des boues, par adjonction de produits fixant l'eau, en vue d'assurer le cas échéant leur consolidation en matériaux solides ne se désagrégeant pas sous l'action de Liteau. Les différents systèmes d'épuration des eaux, de lavage des gaz, de détoxication d'effluents industriels, sont generateurs de boues qui conservent une forte teneur en eau malgré les techniques de concentration utili sees telles que épaississement, filtration ou sèchage à l'air libre. Pour éviter le stockage et le transport des boues, on a proposé depuis quelques années la mise en oeuvre de techniques intéressantes aux plans économiques et écologiques, permettant de provoquer la fixation ou solidification de ces boues jusqu'à ltobtention de roches artificielles aptes à être utilisées comme matériaux de remblayage ou, dans les meilleurs cas, comme granulats. Ces techniques nécessitent l'adjonct.on d'un produit ou mélange de produits provoquant la prise et le durcissement des boues c'est-à-dire donnant à l'ensemble des particules fines une cohésion notable au bout d'un temps plus ou moins long. Parmi ces produits, on a préconisé en particulier: le silicate de sodium additionné d'un agent de prise tel que chaux ou chlorure de calcium ~ des agents à propriétés hydrauliques et/ou pouzzolaniques comme des ciments de différents types, des pouzzolanes naturelles ou artificielles telles que cendres volantes, cendres de chaudières ~ ou encore des laitiers métallurgiques vitreux broyés de composition chimique favorable à une hydratation et à une prise hydraulique en présence de catalyseurs alcalins tels que chaux, sulfate de calcium, gypsonat (mélange gypse et soude). Etant donné que, dans le cas le plus géneral, la teneur en eau des produits-à traiter est élevée et dépasse fréquemment 50 %, il est nécessaire de mettre en oeuvre de grandes quantités de produits d'addition dotes de proprie- tes hydrauliques, ceci pour assurer une double fonction : tout d'abord la fixation d'une partie de l'eau à la surface des particules du produit d'addition pour modifier les propriétés rhéologiques de la boue, puis la solidification de la boue par effet de prise hydraulique.Ainsi, dans le cas classique où l'on utilise du ciment, il est nécessaire pour obtenir un durcissement correct de mettre en oeuvre jusqu'à 150 % de produit par rapport à la quantité d'eau incluse dans la boue ~ le coût du traitement est alors élevé puisque une tonne de boue à 60 x d'eau peut exiger l'incorporation de 900 kg de ciment. L'invention a pour but de pallier cet inconvénient en offrant un moyen qui permet d'économiser des quantités appréciables de liants hydrauli ques, catalyseurs de prise et autres adjuvants utilisés pour la consolidation des déchets à forte teneur en eau. Pour résoudre ce problème, elle propose une solution consistant à distinguer d'une part, la phase de fixation de l'eau des boues ou autres résidus à forte teneur en eau et d'autre part, la consolidation proprement dite par les moyens connus. Conformément au procédé de l'invention, on utilise pour cette fixation d'eau un matériau de fine granulométrie présentant une grande surface spécifique et ne possèdant pas nécessairement, contrairement aux procédes connus, de propriétés hydrauliques ou pouzzolanåques. Selon la caracteristique essentielle du procédé, on met en oeuvre, comme produits à grande surface spécifique, deslaitiers ou scories métallurgiques pulvérulents ayant subi la désintégration provoquée par la transformation allotropique du silicate bicalcique (2CaO-SiO2). On sait que ces laitiers, souvent dénommes " laitiers effuses " ou " auto-desagregés ", doivent avoir une composition chimique adéquate carac terisee notamment par leur rapport Ca0/SiO2, les teneurs de Al2O3 et MgO et de certains éléments secondaires. Pour ces laitiers en fusion, au cours de leur refroidissement, il se produit desltransformations allotropiques du silicate bicalcique ou orthosilicate de calcium (2Ca0-SiO2), dont le passage de la forme béta (monoclinique) en forme gamma (rhomboédrique), lequel staccom- pagne d'une augmentation de volume de 10 % environ et d'une libération d'énergie.Selon la proportion de silicate bicalcique contenue dans le laitier ou la scorie, la présence ou non d'éléments secondaires (tels que bore, phosphore, potassium), le gradient de refroidissement, la désagrégation des laitiers due au silicate bicalcique est plus ou moins complète.Dans ces conditions, on obvient ainsi des laitiers qui se réduisent en poussière spontanément ou sous l'action d'un léger apport extérieur d'énergie . et se présentent sous la forme d'un sable compose de grains grenus, provenant de la matrice composée essentiellement de mélilite, et d'une poudre fine compose de particules de taille inférieure à 100 microns (et souvent à 40 microns) et de grande surface spécifique. (voir par exemple l'article de Gul'tjaj et Skolov dans la revue russe Izvestia Akad Nauk-USSR Metallurgia i Gornoe Delo N 4, 1963). C'est précisément ce type de laitier désagrégé ou " effusé " qui est mis en oeuvre dans le procédé de l'invention. Il se distingue notablement des laitiers vitrifiés obtenus sous forme granulée par dispersion et refroidissement brutal des laitiers et scories en fusion et dont la fonction, lorsqu'ils sont utilisés pour la solidification des boues en présence de cata- lyseurs basiques, est différente de celle des sables de laitiers définis ci- dessus. Parmi les sources de laitiers et scories aptes à donner des produits désagrégés dans les conditions rappelées ci-dessus, on peut citer en particulier : les laitiers de hauts fourneaux de composition chimique adéquate, des laitiers métallurgiques dont ceux d'aciéries, les laitiers de la fabrication des ferro-alliages et des aciers élaborés au four electrique...etc. En pratique les quantités de laitier désagrégé à mettre en oeuvre, pour fixer l'eau des boues et autres déchets à forte teneur en eau, sont fonc- tion de la nature du résidu et de la teneur en eau du résidu. Lorsqu'on désire conduire les boues, dont la consistance a eté modifiée par l'addition des laitiers effusés de grande surface spécifique selon l'invention, jusqu'au stade de la solidification,il suffit d'ajouter aux mélanges obtenus des liants hydrauliques et éventuellement des accélérateurs de durcissement selon les procédés connus jusqu'ici et brièvement rappelés dans le préambule de la description, comme par exemple des ciments tels que le ciment Portland ou autres comme produits assèchants.On peut également adjoindre des poussières ayant un pouvoir hydraulique ou non, de divers types comme par exemple les produits issus du depoussierage d'installations industrielles telles que : métallurgie, carrières, cimenteries, fours à chaux..etc. Commeditci-dessus, le traitement selon l'invention permet d'eco- nomiser d'appréciables quantités de liants hydrauliques en faisant tomber la proportion de ces derniers à des ~taux faibles par rapport à la masse de boue à traiter. En outre, il permet de valoriser des produits considérés jusqu'ici comme des déchets incommodes à manipuler et destines uniquement à la décharge. En pratique, la consolidation ultérieure de la masse plastique des boues est faite selon les techniques connues. Par exemple, il suffit de malaxer dan8 une installation classique le mélange de boues et de laitier désagrégé puis d'ajouter le liant hydraulique et de charger les matériaux obtenus sur des camions conduits ensuite à la décharge ou au lieu d'utilisation (par exemple pour la confection de terre-pleins. On peut aussi passer le me- lange en filière ou dans une presse pour confectionner des produits moules pouvant servir de matériaux de construction. Des essais, effectués sur divers types de boues telles que notamment des boues d'épuration d'eaux industrielles à teneur en eau éle vee et des boues contenant des fluorures et autres sels de calcium, issus de la neutralisation d'effluents de l'industrie nucléaire, ont permis de constater qu'an utilisant des quantités de ciment faibles en poids par rapport à la masse de boues à traiter et des proportions convenables de laitier désagrégé, on notait des temps de prise relativement courts pour l'obtention de matériaux consolides et durcissant dans le temps. Le procédé selon l'invention bien entendu peut entre mis en oeuvre pour l'assechement de tous types de boues, à pH acide ou basique, et des divers déchets à forte teneur en eau d'origines industrielles, agricoles ou domestiques, le pH étant ramené dans les limites acceptables par addition de produits neutralisants. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé d'assèchement de boues et de résidus à forte teneur en eau en vue de leurs solidification et durcissement ultérieurs, par addition à ces résidus d'un produit à grande surface spécifique destiné à fixer l'eau, caractérise en ce que lton met en oeuvre comme produits des laitiers ou scories métallurgiques pulvérulents ayant subi la désagrégation provoquée par la transformation allotropique du silicate bicalcique et se présentant sous la forme d'un sable dont la majeure partie des particules est inférieure à 100 microns et a une surface spécifique importante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les laitiers et scories désagrégés sont issus des sources suivantes : hauts-fourneaux aciéries, fabrication des ferro-alliages, métaux spéciaux au four électrique. 3. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 à la consolidation de boues et autres résidus à forte teneur en eau par addition de liants hydrauliques et éventuellement de catalyseurs de prise, selon les techniques connues en soi. 4. Application du procédé à la consolidation de boues selon la reven dication 3, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre, en outre, comme produits asséchants des matériaux fins, hydrauliques ou non, provenant d'installations de depoussièrage équipant les industries de la métallurgie, des carrières, des cimenteries, des fours à chaux et similaires.