Brevet FR2464232A1 — publié le 19810306

- 1-* L'invention concerne un procédé de traitement de boues et de résidus industriels, en particulier mettant en oeuvre le mélange de matériaux de taille particulaire différente afin d'obtenir une structure possédant une compacité opti- male. Les structures agqlomérées des matériaux mis en oeuvre sont éliminées, puis on ajoute du sel de calcium avant d'in- troduire des liants au ciment et du silicate de soude. En outre, les matériaux sont mélangés à l'aide d'un mélangeur à rouleaux pendant un temps suffisant tandis qu'on contrôle simultanément la teneur en eau dudit mélanqe, puis on moule sous pression dans des moules prévus qui sont perforés afin de permettre une évacuation adéquate d'eau sous vide, et d'obtenir des produits moulés. Jusqu'à présent, on sait que les résidus solides indus- triels sont souvent traités de façon à être enterrés ou transformés, par combustion en cendres éliminables. Toute- fois, il existe de nombreuses variétés de résidus industriels non combustibles qui posent un problème grave de destruction. En outre, le contrôle de la pollution environnante augmente suffisamment ce problème et le procédé de régénération re- latif aux résidus solides non combustibles pour les domaines de la construction et du génie civil, augmente encore l'im- portance de ce problème. Par conséquent, le principal objet de la présente inven- tion est un procédé pour le traitement des résidus solides non combustibles et de ce fait d'obtenir des matériaux valo- risables tout en évitant la pollution secondaire. Un autre objet de l'invention est un procédé pour le traitement des résidus, en particulier ceux qui proviennent du génie civil et des industries de la construction. Un autre objet de l'invention concerne un procédé pour le traitement des cendres à partir de déchets urbains afin d'obtenir des produits moulés libres de toute pollution d e à des métaux lourds. De plus, le procédé selon l'inven- tion concerne aussi le traitement de réqénération des eaux -2- d'éaout industrielles. En outre, l'invention concerne aussi un procédé pour le mélange de déchets industriels de type différents afin d'obtenir des matériaux valorisables. Les autres objets et avantages de l'invention seront mis en lu- mière à l'aide de la description suivante. Selon le procédé objet de la présente invention pour le traitement des déchets et résidus industriels, on mélan- ge ensemble des matériaux de taille de particules différen- tes et contrôlées afin d'obtenir une structure compacte optimale, tout en éliminant en même temps du mélange les agglomérats, puis on ajoute le sel de calcium avant l'addi- tion de ciment et des liants au silicate de soude. En outre, on effectue le mélange au moyen d'un mélangeur à rouleaux afin d'obtenir un mélange suffisant tout en controlant le taux d'humidité dans-le mélange puis on moule sous pression le mélange dans un moule adéquat comportant des perfora- tions permettant un drainage convenable sous vide afin d'obtenir des produits moulés. Par conséquent, les points suivants sont essentiels pour effectuer le procédé selon l'invention: 1- Taille maximale des particules à traiter: la taille maximale de particules ne devra pas excéder un diamètre de 5 (cinq) cm; - Contrôle de la distribution de la taille des particules dans le mélange de départ: Les matériaux à traiter doivent être mélangés de fa- çon à obtenir une proportion de mélange optimale de taille de particules différentes, du type 9 parties de cendres grossières, 2 parties de cendres fines et 1 partie de boues d'égotut industrielles afin d'obtenir une compacité maximum en structure. Dans des circonstances ordinaires, on peut réaliser une structure moulée possédant d'excellentes pro- priétés en utilisant par exemple des boues, en ajoutant deux parties de boues sablonneuses à une partie de boues argileuses, ou, par exemple, une partie de boues sabla- neuses à une demie partie de boues argileuses et de ce fait améliorant la perméabilité et la densité du maté_ -3- riau. Ainsi, il est clair qua le contrôle de 14taille des particules dans le mélange est essentiel pour le procédé selon ladite invention. 2- Elimination totale des agalomérats des matériaux de départ: En général, l'arqile comprend des particules diverses de taille inférieure à 74 p qui sont physiquement agglo- rées par l'eau provenant de l'environnement, en plus d'un ensemble d'ions, ce qui forme la structure aqqlomérée des boues. Par conséquent, le ciment et les liants similaires ne peuvent pas pénétrer à l'intérieur des espaces situés entre les structures agglomérées des boues. D'un autre côté, l'eau pénètre aisément dans les esapces entre les- dites structures et détruit l'agglomération des structures en augmentant le volume de 9% approximativement, ce qui correspond à approximativement 150 kg/cm2 de pression, lorsque l'on refroidit au-delà du point de congélation et les congélations répétées détruiront complètement le pro- duit moulé. En conséquence, les structures aqglomérées seront com- plètement détruites afin d'obtenir des produits moulés ayant des propriétés excellentes sous n'importe quelle tem- pérature. On ne peut pas par conséquent utiliser pour ce procédé les mélangeurs à béton conventionnels mais on doit utiliser un mélangeur spécial équipé de rouleaux (mélangeur à rouleaux). Les différences de propriétés physiques des produits respectifs obtenus en utilisant un mélangeur conventionnel ou un mélangeur spécial à rouleaux sont indiquées dans le tableau suivant:(voir page suivante) Echantillon: boue glaiseuse de Kanto Effort à la compacité: 90kg/cm2 Résistance: après 28 jours dans l'air. La distribution de dimensions pour la destruction des struc- tures agglomérées est essentielle pour la présente inven- tion. -4- résistance à résistance à Stabilité au la compression la flexion cours de la congélation Mélangeur con- 2 ventionnel 53kg/cm2 6,4 kg/cm détruit Mélangeur à z 2 rouleaux 106 kg/cm2 11,4 kg/cm stable 3L'addition des sels de calcium avant l'addition des liants: La solidification du ciment en tant que liant peut être effectuée par les ions calcium provenant des sels de cal- cium. Toutefois, les matériaux provenant des déchets in- dustriels contiennent habituellement des impuretés d'ions de métaux lourds et de matériaux organiques comme dans les boues, ce qui fait que les ions calcium sont absorbées avant qu'ils puissent agir avec le ciment de liaison. Ainsi, la présence des ions métaux lourds et des subs- tances organiques dans le mélange de départ altérera le procédé de solidification des liants comme le ciment. Afin d'éviter ce type de problème, on peut ajouter 3 à 5% en poids de sels de calcium au mélange de départ avant d'ajou- ter le ciment ou d'autres liants.-On peut alors observer clairement l'effet de la pré-addition des sels de calcium. Après cela on peut ajouter comme liants de préférence de à 20% de ciment et 3 à 5% de silicate de soude (basé sur la quantité de mélange). Le silicate de soude est un additif important afin de produire des produits moulés non pollués qui ne sont pas sujet à l'érosion. 4- Contrôle de la teneur en eau du mélange: La teneur en eau du mélange influence grandement l'effica- cité de ce procédé et les propriétés du produit. Par con- séquent une teneur en eau optimale doit être maintenue sol- gneusement afin d'obtenir une compacité et une résistance - à la température optimales, avant l'opération de moulage. 246423Z -5-- Par exemple, la teneur optimale en eau dans le mélanae de terre glaiseuse de Kanto avec du sable de Narita est de 18 à 24%. - Temps de mélange préférable: Dans le cas d'un mélange de terre glaiseuse de Kanto et de sable de Narita, le temps optimal de mélanqe peut être de 15 minutes. Un temps de mélance plus court donnera des propriétés de mélange insuffisantes tandis qu'un temps de mélange plus long provoquera une réagglomération des particules de terres et au même moment empêchera d'obtenir la compacité désirée. Ainsi, le temps de mélange doit être maintenu dans un intervalle optimum. 6- Moulaae sous pression sous vide: Pour éviter l'effet de sur-compacité, l'opération de mou- lage doit être conduite sous vide. Un moule spécial compre- nant un dispositif d'évacuation à la fois de l'air et de l'eau contenus dans le mélange est employé dans ce but. Pour obtenir les propriétés physiques désirées, l'effort de compacité Q doit être maintenu au-dessus de la valeur de 20 kg/cm2 et un temps de moulage compris approximativement entre 30 et 50 secondes est nécessaire. Description de l'invention en référence aux dessins annexés: La figure 1 représente une vue en élévation, avec par- tie en coupe du mode de réalisation préféré du produit ainsi moulé selon ladite invention, La figure 2 représente un diagramme de circulation du procédé appliqué aux boues, et les produits moulés selon ladite invention. La figure 3 représente un diagramme de circulation du procédé appliqué aux cendres provenant de déchets indus- triels, conformément à la présente invention, et La figure 4 représente un diagramme de circulation du procédé appliqué aux boues d'égouts industriels, confor- mément à l'invention. -6- En se référant à la figure 1, les matériaux à mélanger sont finement divisés, le sel de calcium est ajouté, et ensuite les liants, comportant du ciment et du silicate de soude sont ajoutés. Le mélange est introduit dans le moule (A), comportant une toile filtrante (B) et un réseau filtrant (C), équipé d'un drainage d'évacuation dans le sens des flèches, pour évacuer l'eau et l'air en excès accumulés dans le moule. On notera qu'ainsi, le moule du type fendu, qui était auparavant difficile à utiliser peut être garni facilement par des pierres concassées, et en particulier conformément au procédé de la présente invention, en in- sérant une feuille de film (E) au milieu du matériau (F) chargé dans le moule. Ceci a une signification très impor- tante dans cette technique. La figure 2 représente un diagramme d'opération du procédé appliqué au moulage de boues conformément à la présente invention. La référence 1 indique les boues glai- seuses de Kanto, en particules grossières, la référence 2 indique le sable constitué de fines particules. Les réfé- rences 1', 3, 4 et 5 désignent respectivement le broyeur, le mélangeur à rouleaux, le moule à évacuation conforme à la présente invention, et le produit obtenu. Les réfé- rences 6 et 7 désignent le silo à ciment et le silo à chaux respectivement, et la référence 8 désigne le réservoir d'eau. La figure 3 représente 'un diagramme de circulation appligiué cauxcendres de déchets industriels, o des parti- gosàaières cules/l", des particules fines 2" et de la boue 9 sont mélangées dans le rapport 7/2/1 dans un mélangeur équipé de rouleaux 3, on ajoute en 6 de la chaux éteinte et en 7 du ciment blanc avec du silicate de soude, puis on effec- tue le moulage par compression et sous vide en 4 tout en contrôlant la teneur en eau. La figure 4 représente un exemple d'un diagramme de circulation du procédé appliqué à des boues provenant des eaux d'égot industrielles conformément à la présente - - 7- invention. Dans cet exemple, on sépare les eaux d'égout industrielles 10 des éléments solides au moyen d'une techni- que par sédimentation et coagulation en 11 tout en contrô- lant le pH en 12. Les boues ainsi obtenues à partir des étapes Il et 12 sont ensuite mélangées avec des cendres additionnelles - les fractions grossières et fines unique- ment- provenant de déchets industriels, puis ensuite à de la chaux éteinte, du ciment et du silicate de soude. Le mélange est moulé sous pression dans le moule 4 en contrô- lant la teneur en eau, afin d'obtenir le produit 5. Les exemples suivants expliquent la présente invention plus en détail, tous les pourcentages et les proportions étant exprimés an poids de matériaux secs. Exemple 1: on a mélangé une partie de terre argileuse de Kanto avec une partie de sable du littoral, puis on a ajouté à ce mélange 5% de chaux éteinte et 15% de ciment ainsi que de l'eau. Après un temps de mélange de 15 minutes, le mélange est chargé et moulé sous pression dans un bloc de moulage sous une pression de 120 tonnes pendant 30 secondes sous vide (force de compression: 20 kg/cm 2). Le produit ainsi moulé possède une résistance à la compres- sion de 150 ka/cm2 et une résistance à la flexion de 14 kg/cm 2, un coefficient de perméabilité de 4.10 8 cm/sec. et un coefficient d'absorbtion d'eau de 5%. Ainsi, le pro- duit est apte à être utilisé comme matériau routier ou barrage de terre pour des digues de retenue. Lors d'essais ultérieurs, le produit n'a pas été détruit lors- qu'on l'a soumis à des cycles de congélation ou à des essais de fusion. Exemple 2: on a mélangé une partie de sable de Narita avec une partie de boue à haute teneur en eau prélévée dans le lit de la baie de Tokyo. On a ajouté 2% de chaux éteinte et 10% de ciment, puis on a effectué un malaxage suffisant pour éliminer les agglomérats. Le mélange ainsi obtenu a été chargé dans un moule conforme à la présente invention puis moulé par compression sous une pression de 120 tonnes (force de compacité: 20kq/cr) pendant 90 secondes et scus vide. Le produit ainsi obtenu présente une résistance à la compression supérieure 100 kq/c 2 's pas détruit e_- a 'est pas détruit par des essais de congélation et de fusic-. D'autre part, l'échantillon qui ne contient pas de chaux éteinte présente une résistance à la compression inférieure à 30 ka/cr2 et se décompose après environ une heure par obsorbtion d'eau lorsqu'il est immergé dans l'eau. Exemple 3: on a mélanaé une partie de terre de Kacoshima Sirasu avec une partie de sable de Narita, puis on a ajouté 2% de chaux éteinte et 15% de ciment avec de l'eau. On a introduit ce mélanae dans un moule et on a moulé sous mres- sion de 120 tonnes sous vide. Le produit moulé ainsi présen- te une résistance à la flexion de 13,84 ka/cm2, une résis- tance à la compression de 98,01 kg/cm2 et un coefficient de perméabilité de 2,46 x 10-8 cm/sec. Le produit est aussi stable lors de sept cycles de congélation et d'essais de fusion. Exemple 4: on mélange des cendres provenant de déchets urbains contenant 29% d'eau (Chitose, Direction de la Pré- fecture de Tokyo) avec de la boue d'eau d'éaots indus- triels selon la proportion de 9 parties de cendres gros- sières, 2 parties de cendres fines et une partie de boue. On a utilisé 1 m de ce mélange et on a ajouté 131 g de FeC13, 333 q de chaux éteinte, 1% de déodorant organique, % de ciment et encore 2% de chaux éteinte. Apres avoir mélangé des composants pendant une durée suffisante, on a ensuite introduit le mélange dans un moule selon l'inven- tion et on a comprimé sous vide sous 120 tonnes pendant secondes. Le produit ainsi obtenu présente une résis- tance à la compression de 180 kq/cm2 et une densité de 2,3. Des essais répétés de conqélation et de fusion entre -20 C et 30 C montrent que les propriétés physiques sont stables. -9- Exemple 5: on a traité dans un four des résidus industriels provenant d'un réservoir d'eau de lavaae de laine, ce four ayant une capacité de 2 m3 par jour de cendre, 0,2 m3 de cendre de laine et 0,7 m3 de matériaux sédimentés par jour. On a mélangé les cendres ci-dessus et les sédiemnts selon une proportion de 58/32/10 puis on a moulé sous pression de tonnes. Le produit obtenu présente une résistance à la flexion de 39,39 kg/cm2 et une résistance à la compression de 142,1 ka/cm2 après 4 semaines. Bien que la nrésente invention ait été illustrée par la description détaillée de plusieurs modes de réalisation préférés, il est évident pour l'homme de l'art que diffé- rentes variantes de forme et de détail peuvent être appor- tées sans pour cela sortir de la portée de ladite inven- tion définie par les revendications qui suivent et non par les modes de réalisation cités ci-dessus. -10- REVLENDICATIONS 1- Procédé de traitements de boues et de déchets industriels, caractérisé en ce qu'il comprend le mélange de matériaux de différentes dimensions contrôlées de particules afin d'obtenir une structure compacte optimale, et de façon à éliminer les structures aqalomérées dans le mélange, en ajoutant du sel de calcium avant l'addition de ciment et de liants au silicate de soude, puis le mélan- ge desdits matériaux au moyen d'un mélangeur équipé de rouleaux pendant un temps suffisant, tout en contrôlant simultanément la teneur en eau dudit mélange, puis le mou- lage sous pression de ce mélange dans un moule muni de perforations pour le drainage sous vide de façon à obtenir des articles moulés possédant d'excellentes propriétés physiques. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les articles moulés forment des blocs de construc- tion constitués de terres, cendres et/ou déchets industriels. 3- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits matériaux sont des boues industrielles afin d'obtenir des blocs de construction sans pollution de métal lourd. 4- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on produit des blocs de construction du type à fente en introduisant une feuille de film en position médiane dans le matériau introduit dans le moule.