Brevet FR2462396A1 — publié le 19810213

La présente invention concerne un procédé de traitement de boues o eaux résiduaires. Les procédés industriels déchargent souvent des substances nuisibles pour l'environnement, celles-ci étant souvent des métaux lourds. On a mis au point de nombreux procédés de concentration de ces substances dans des boues. Ce- pendant, il se pose alors le problème de la décharge des boues. A cet effet, on a proposé de nombreux pro- cédés de durcissement appliqués à l'industrie du bâti- ment. Par exemple, les brevets des Etats-Unis d'Amé- rique n0 3 837 872 et 3 893 656 décrivent l'utilisation de ciment Portland et de silicate de sodium sous forme d'accélérateurs de la réaction. Le brevet français n0 2 320 266 décrit des liants moins coûteux, à base de laitier de haut-fourneau et de poussière de car- neaux, sous forme de substances mélangées. Les produits obtenus ne donnent pas cependant satisfaction par leurs propriétés mécaniques. L'invention concerne un procédé de liaison de boues ou d'eauxrésiduaires selon lequel un mortier hydraulique est ajouté à une boue ou des eaux résidu- aires,et on laisse le mélange nrendre et durcir, ce procédé se caractérisant par une opération de broyage du mélange de la boue ou des eaux résiduaires avec le mortier hydraulique. Grâce à ce procédé, les propriétés mécaniques des produits qui ont durci peuvent être meilleures. On constate de façon surprenante qu'on obtient de bonnes vitesses de durcissement et de bonnes propriétés mécaniques lorsque l'opération est effectuée en présence d'inhi- biteurs, par exemple des composés du phosphore ou du zinc. Comme le procédé selon l'invention comporte une opération de broyage, il présente en outre l'avan- tage de permettre l'utilisation de mortier hydraulique de forte granulométrie ou de constituants de forte granulométrie dans un tel mortier, par exemple de laitier granulé de haut-fourneau. On peut utiliser une boue ayant une teneur en matières solides pouvant atteindre 60 % en poids et de préférence comprise entre 10 et 50 % en poids, très avantageusement entre 15 et 40 %. Le rapport pondéral du mortier hydraulique aux matières solides de la bouepeut être compris entre /1 et 0,5/1, de préférence entre 10/1 et 1/1 et avantageusement entre 5/1 et 2/1. Ces valeurs sont données simplement à titre de directives éventuelles pour l'homme du métier. Evidemment, l'homme du métier peut déterminer le rapport convenable du mortier hy- draulique à la boue ou aux eaux résiduaires, par des essais simples. Au cours de l'opération de broyage, la sur- face spécifique des matières solides et en particulier d'un ciment ou d'une matière à teneur élevée en alumi- ne, présentesdans le mortier hydraulique ou formant ce mortierpeut être augmentée de 50 %, de préférence de % et très avantageusement de 150 % ou plus. Dans une variante, on peut obtenir un ré- sultat satisfaisant par mise en oeuvre du broyage d'une manière telle que, dans une fraction granulomé- trique restant sur un tamisparticulier et contenant au moins 10 %, de préférence 20 % et avantageusement % en poids de particules solides, notamment de par- ticules d'une matière à teneur élevée en alumine et/ou d'un ciment, au moins 10 %, de préférence 20 % et très avantageusement 50 % en poids ou plus passent dans ce tamis particulier après l'opération de broyage. Le choix du broyeur qui convient peut être laissé à l'homme du métier. Les broyeurs à boulets con- viennent à cet effet. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide d'un type quelconque de mortier hy- draulique, par exemple comme décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 3 720 609 et 3 785 840. Ainsi, on peut par exemple utiliser un mortier hydraulique formé par les matières suivantes (la) une matière riche en chaux, (lb) une matière riche en argile calcinée naturellement ou synthétiquement, et/ou (2) un ciment et, en plus du ou des ingré- dients (la) et (lb) et/ou (2), (3) éventuellement, 0,5 à 20 % en poids de gypse ou d'anhydrite, par rapport au poids du mortier hydraulique, (4) éventuellement, 0,5 à 10 % en poids d'un activant par rapport au poids du mortier hydraulique,et (5) éventuellement, 0,5 à 20 % en poids d'un mélange de résines ou d'une résine polymérisable, par rapport au poids du mortier hydraulique. Le rapport optimal de la matière riche en argile à la matière riche en chaux est déterminé expé- rimentalement. En général, un rapport pondéral de la matière riche en argile à la matière riche en chaux tel que 2/1 à 4/1 et notamment 2/1 à 9/1, est avanta- aeux. Le mortier hydraulique peut contenir par exemple - 10 à 25 parties en poids de chaux, - 30 à 70 parties en poids d'une matière riche en argile calcinée, par exemple de pouzzolane, - 2 à 8 parties en poids de gypse, - 1 à 10 parties en poids d'un activant, par exemple de l'aluminate de sodium ou du silicate de sodium, et - 1 à 10 parties en poids d'une résine poly- mérisable. On peut utiliser, comme matière riche en chaux, de la chaux vive, de la chaux hydraulique, de la chaux magnésienne, de la dolomie ou des cendres volantes riches en chaux (provenant par exemple de la combustion d'ordures ou de lignite). On peut utiliser, comme matière riche en argile, des pouzzolanes naturelles ou synthétiques, du tuff, du trass, une poussière de carneaux, une argile calcinée, unschiste calciné ou unschiste bitumineux,un sédiment calciné, de la bauxite calcinée, des boues rouges (provenant de la production d'aluminium) ou des silicates d'aluminium et des silicates d'aluminium et d'un métal alcalin, calcinésnaturellement ou synthé- tiquement. Les matières riches en argile peuvent possé- der différentes activités vis-à-vis des matières ri- ches en chaux. Cependant, on peut déterminer par un essai la compatibilité des matières riches en argile. A cet effet, on mélange une partie en poids de chaux vive à 4 parties en poids d'une matière riche en ar- gile et calcinée, avec mélange dans la quantité néces- saire d'eau jusqu'à ce qu'il se forme une pàte de bonne consistance (en général avec 2 parties en poids d'eau). Lorsque le mélange a durci après un temps prédéterminé, on évalue la résistance à la compression. Les pouzzolanes naturelles sont essentielle- ment des cendres volcaniques dont la composition cor- respond à celle des argiles. Par exemple, elles peuvent avoir la composition suivante (en pourcentages pondé- raux): - Perte au feu SiO2 A1203 Fe203 TiO2 CaO MgO Na2O K20 SO3 55 17 - 5 0,5 5 2 2,5 2,5 0,5 Elles se distinguent en général par une teneur élevée en silicium. Des gisements importants sont le trass du Rhin, les pouzzolanes de NaplesBacoli, les tuffs de Crimée et les pierres ponces. L'argile naturelle et les sédiments naturels peuvent aussi présenter une activité vis-à-vis de la chaux. Le cas échéant, on peut ajouter un activant. Toute substance capable de libérer de l'hydroxyde de so- dium convient, par exemple l'aluminate de sodium, le silicate de sodium ou l'orthosilicate, le carbonate de sodium et/ou la soude caustique. On les utilise en quantité inférieure à 10 % du poids du mortier hydrau- lique. On constate aussi que les lactates tels que le lactate de calcium et le lactate de fer,et le nitrate d'ammonium sont de bons activants, surtout dans le cas des mortiers hydrauliques ayant les ingrédients précités (la) à (lb) et (3) à (5). On peut utiliser, comme résine polymérisa- ble, une résine urée-formaldéhyde, une résine mélamine- formaldéhyde ou une résine acrylique. Des exemples de ciments qu'on peut citer sont le ciment Portland, le ciment Portland ferreux, le ci- ment romain et le ciment sursulfaté. On peut utiliser les compositions obtenues par mise en oeuvre du procédé de l'invention, pour la fabrication de couches imperméables dassise, de barrages, de parpaings et pour le remblayage des mines. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description dé- taillée qui va suivre d'exemples de mise en oeuvre, les quantités étant indiquées en poids sauf indication contraire. EXEMPLE 1 Les déchets traités proviennent d'une instal- lation de traitement de surfaces. Leurs propriétés sont les suivantes: teneur en substances sèches: 35 % pH: 7 Composition des substances sèches chrome 15 % cuivre 8 % zinc 2 % aluminium 10 % fer 2 % nickel 0,5 % mercure 50 ppm plomb 10 ppm cadmium 20 ppm On entreprend une première opération de trai- tement à l'aide de 70 parties d'argile calcinée et 20 parties de chaux pour 100 parties de boues. La résistance à la compression, mesurée sur des échantillons 4 x 4 x 16 cm, est la suivante 7 jours: 1 MPa 1 mois: 8,5 MPa 6 mois: 15 MPa On détermine la fixation des éléments nocifs après 7 jours de la manière classique, par pulvérisation de l'échantillon à une dimension particulaire d'environ 1 mm et par combinaison avec 10 fois son poids d'eau. On laisse le mélange reposer trois jours à une température à 20'C. Après agitation vigoureuse, les parties solides se déposent; on analysela substance qui flotte à la sur- face. Les résultats, exprimés sous forme pondérale, sont comparés à ceux qui sont obtenus avec la boue initiale. Ils sont les suivants, en parties par million. boue initiale boue traitée Al 10 0,08 Zn 2 que la fixation de ces éléments nocifs--est excellente. Compte tenu des excellentes propriétés mécaniques de la matière qui ne peuvent que s'améliorer au cours du temps, il est impossible que l'eau pénètre dans la ré- gion interne de la matière. EXEMPLE 2 On évalue l'effet de différents adjuvants, d'après les résistances à la compression mesurées en MPa. Liant 7 jours 1 mois 6 mois pouzzolane + chaux (70/20 parties) 1 8,5 15 addition de 4 parties de sulfate de calcium 1,5 10 16,5 addition de 5 parties d'aluminate de sodium 1,8 9 14 addition de 4 parties de résine urée/formal- déhyde 2,5 il 13 L'effet des divers adjuvants est une accélé- ration nette du durcissement. On peut aussi cumuler les différents adjuvants. Les résultats sont les suivants 7 jours 1 mois 6 mois ,5 25 35 EXEMPLE 3 On ajoute 2 parties d'eau contenant 2 % de NaOH à un mélange d'une partie de chaux et 3 parties de poussière de carneaux. On effectue un second mélange, dans les mêmes conditions, après addition de ZnO à raison de 5 % par rapport aux matières solides. On exécute un troisième et un quatrième mélange dans les mêmes conditions que le premier et le second mélange, les ingrédients étant introduits dans un broyeur à boulets mais la pulvérisation est effectuée à raison de 30 J/g pendant 0,5 h. La surface spécifique de la poussière est initialement de 1500 cm2/g. Après pul- vérisation, elle atteint 3200 cm 2/g. On prépare un cinquième mélange dans les mêmes conditions que le troisième mélange, de l'oxyde de zinc étant ajouté après pulvérisation cependant, dans les mêmes propor- tions que dans les mélanges 2 et 4. Les résistances à la compression des échan- tillons cohérents de 4 x 4 x 16 cm des différents mélanges, exprimées en MPa, sont les suivantes: Mélange poussière de carneaux + chaux poussière de carneaux + chaux + ZnO poussière de carneaux + chaux + pulvérisation de 0,5 h poussière de carneaux + chaux + ZnO + pulvé- risation de 0,5 h poussière de carneaux + chaux + pulvérisation + ZnO 7 jours 28 jours 180 jours 0,5 2,5 0,5 2,5 4,5 Ces essais montrent que l'effet inhibiteur de ZnO peut être plus que compensé, lors de la mise en oeuvre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de liaison de boues ou eaux ré- siduaires,selon lequel un mortier hydraulique est ajouté à une boue ou des eaux résiduaires eton laisse le mélange prendre et durcir, ledit nrocêdé étant carac- térisé en ce que le mélange est soumis à une opération de broyage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliqué à une boue dont la teneur en matières solides est inférieure à 60 %, est de préfé- rence comprise entre 10 et 50 % et est très avantageu- sement comprise entre 15 et 40 % en poids, le reste étant formé d'eau. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rapport pondéral du mortier hydraulique aux matières solides de la boue est compris entre 30/1 et 0,5/1, de préférence entre 10/1 et 1/1, et très avantageusement entre 5/1 et 2/1. 4. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que, au cours de l'opération de broyage, la surface spécifique des matières solides et notamment du mortier hydraulique, est augmentée de 50 %, de préférence de 90 % et très avantageusement de 150 % ou plus. 5. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que l'opération de broyage est effectuée de manière que, sur une fraction granulométrique retenue par un tamis particuliers a au moins 10 %, de préférence au moins 20 % et très avantageusement au moins 50 % en poids de parti- cules solides, notamment des particules de mortier hy- draulique, au moins 10 %, de préférence au moins 20 % et très avantageusement au moins 50 % en poids ou plus passent à travers ce tamis particulier après l'opéra- tion de broyage.