Brevet FR2473914A1 — publié le 19810724

L'incinération de déchets combustibles est pratiquée depuis longtemps pour réduire le volume de ces déchets. Ces derniers sont brûlés au moyen d'une flamme pilote et ils sont maintenus en combustion par l'air d'admission. Une seconde chambre de combustion est souvent utilisée pour achever le brûlage des fumées avec une admission d'air supplémentaire. Les produits de sortie se présentent sous la forme de gaz et de cendres. Les cendres sont souvent mises au rebut sous forme de remblais. Cependant, lorsque les cendres contiennent des matières toxiques ou dangereuses telles que de l'oxyde d'arsenic ou des oxydes d'éléments radio-actifs, cette forme d'évacuation des déchets n'est généralement pas autorisée. Le problème est que la matière dangereuse contenue dans les cendres peut être dissoute et passer ainsi dans l'eau du milieu ambiant en contaminant ce dernier. Il est connu de solidifier les cendres en les mélangeant à du bitume chauffé, le mélange étant ensuite coulé dans des conteneurs et refroidi. Cependant, ce produit est un mélange, et non une solution solide, et la sécurité dépend de la stabilité du bitume. Ce dernier est sujet à une décomposition par le feu, l'action microbienne et la radiolyse, auquel cas la matière dangereuse mélangée au bitume risque de nouveau d'être dispersée dans l'environne- ment. Dans tous les cas, le mélange avec le bitume soulève le risque d'une dispersion des cendres pendant leurs manipulations entre les étapes de ce procédé et une seconde étape de traitement. Ces deux inconvénients nuisent au procédé utilisant le bitume. Selon l'invention, la transformation d'une matière dangereuse en une matière relativement inoffensive s'effectue dans une chambre de transformation qui contient un bain de verre en fusion. La matière dangereuse brûle de manière à former des cendres et la masse des cendres est dissoute dans le verre pour former un verre homogène du point de vue moléculaire, dans lequel un réseau de silice forme un écran empêchant les éléments dangereux d'être dissous et dispersés dans l'eau environnante. Un avantage de ce procédé est que la solidifica- tion des cendres s'effectue dans une seule chambre et au cours d'une seule étape de traitement, ce qui évite le risque de dispersion des cendres au cours de manipulations. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que le produit de sortie est d'une grande longévité du point de vue chimique, et qu'il n'est pas sujet à une décom- position par l'eau, le feu, l'action microbienne ou la radiolyse. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une coupe longitudinale schématique de l'appareil selon l'invention. L'appareil 10 selon l'invention comprend une structure fermée, horizontale et allongée 12 comportant un fond 14, une paroi supérieure 16, une paroi arrière 18, une paroi avant 20 et deux parois latérales dont l'une est représentée en 22. Cette structure 12 délimite une chambre allongée 24 de transformation qui comprend une partie inférieure 24a et une partie supérieure 24b. Le fond 14 et au moins les parties inférieures des parois arrière, avant et latérale 18-22 sont réalisés en matières réfractaires résistant au verre, afin que du verre en fusion puisse être retenu dans la partie inférieure 24a de la chambre de transformation. La paroi supérieure 16 et les parties supérieures des parois 18 à 22 peuvent être réalisées en brique réfractaire de bonne qualité. La partie supérieure de la paroi arrière 18 présente une ouverture 26 d'entrée de déchets solides. Une goulotte descendante 28 d'alimentation aboutit à l'ouverture 26 et une porte 30, équipée d'un dispositif de commande représenté schématiquement en 32, permet de fermer sélective- ment l'ouverture 26. De plus, à l'extrémité arrière de la structure 12, la paroi supérieure 16 présente une entrée 34 d'alimentation en liquide commandée par une vanne 36, ainsi qu'une ouverture 38 d'alimentation en verre. Du verre en particules, par exemple provenant de bouteilles broyées et indiqué en 40, est retenu dans une trémie 42 et dirigé 247391' sélectivement par une vis transporteuse 44 vers l'ouverture 38 d'alimentation située à l'extrémité arrière de la structure fermée 12. Des électrodes 46 (indiquées en "E"), formant un premier groupe, sont disposées à une certaine distance les unes des autres sur toute la longueur de la partie inférieure de l'une des parois latérales 22, et des électrodes corres- pondantes, formant un second groupe, sont disposées sur la paroi latérale opposée 22. La position exacte et le circuit de commande des électrodes peuvent être modifiés comme souhaité. Lorsque l'appareil selon l'invention fonctionne, un courant est mis en circulation entre les deux groupes d'électrodes afin de chauffer par effet Joule le verre contenu dans la partie inférieure 24a de la chambre de transformation et de le maintenir à l'état fondu. A l'autre extrémité de la structure 12, une goulotte 48 de décharge est placée à l'extrémité inférieure de la paroi 20 et peut être fermée ou ouverte sélectivement, par exemple au moyen d'une vanne coulissante indiquée schéma- tiquement en 50. Le verre déchargé par la goulotte 48 est déposé dans une zone de refroidissement qui est représentée, dans ce cas, sous la forme d'une cuve ou d'un tambour 52 de stockage. Une structure 53 à paroi tubulaire, s'élevant de l'extrémité de décharge de la structure 12, forme un canal 54 d'évacuation dont l'extrémité supérieure communique avec une structure latérale 56 de filtration qui délimite une zone horizontale 58 de filtration. Plusieurs blocs filtrants poreux 60 sont disposés dans cette zone 58 de filtration. Dans la forme préférée de réalisation représentée, ces blocs filtrants 60 sont réalisés en fibres céramiques compatibles avec le verre contenu dans la partie inférieure 24a de la chambre de transformation. L'extrémité avant de la zone 58 de filtration est fermée par un couvercle 62 étanche à l'air, et un bras 64 de poussée traverse ce couvercle 62 de manière à pouvoir être appliqué contre le bloc filtrant 60 situé le plus en avant. Comme décrit plus en détail ci-après, le bras de poussée permet de déplacer périodiquement les blocs-filtrants 60 vers l'arrière afin de repousser et faire tomber le bloc 60 le plus en arrière dans le canal 54 d'évacuation et dans le verre fondu se trouvant à l'extrémité avant de la partie inférieure 24a de la chambre de transformation. Un carneau 66 d'évacuation s'élève du milieu de la structure 56 de filtration afin de recevoir l'effluent gazeux ayant traversé la zone 58 de filtration. Ce carneau 66 peut être relié à un dispositif supplémentaire de filtration, pouvant être classique et connu de l'homme de l'art. Le verre 72 contenu dans la partie 24a de la chambre de transformation peut avoir une composition très variable, une composition convenable pouvant comprendre un produit siliceux combiné à un oxyde de métal alcalin, par exemple du verre normal pour récipients, auquel est ajouté du carbonate de sodium pour faciliter la fusion. Le verre 72 est amené initialement à l'état fondu et par suite à l'état conducteur par chauffage à la flamme, et il-est maintenu à la température souhaitée de travail (par exemple entre environ 1037 et 14820C, et de préférence à environ 12600C) par chauffage par effet Joule, ce chauffage étant aidé par la chaleur de combustion des déchets. - Les déchets peuvent être de nature très diverse, à savoir organique et minérale, ils peuvent être combustibles ou oxydables et ils peuvent contenir des oxydes métalliques pouvant être radio-actifs ou non. Lors de l'utilisation, un conteneur 68 à déchets est déplacé au moyen d'un élément convenable, par exemple un bras 74 de poussée, de manière à descendre le long de la goulotte 28, à passer dans l'ouverture arrière 26 d'alimenta- tion et à arriver sur la partie arrière du bain-72 de verre fondu. La matière combustible, qui est plus légère que le verre 72, flotte à la surface de ce dernier- et commence immédiatement à brûler en raison de la température élevée maintenue dans la chambre 24 de transformation. L'air arrive par des évents 70 de manière que la combustion se déroule à la vitesse souhaitée. La combustion des déchets provoque un dégagement de gaz, par exemple de l'anhydride carbonique, et 247391 4 la formation de cendres. Les cendres sont généralement cons- tituées d'oxydes métalliques tels que de la silice, de l'oxyde de fer, de l'oxyde de calcium, de l'alumine, etc. Ces cendres sont compatibles avec le verre et leurs particules retombent sur la surface du verre 72 en fusion et s'incor- porent à ce dernier. Cependant, certaines particules de cendres, de dimensions plus petites, peuvent rester en suspension dans les produits gazeux de combustion. Les produits gazeux de combustion progressent vers l'avant, horizontalement, dans la partie supérieure 24b de la chambre de transformation. Lorsque les produits gazeux de combustion progressent dans la chambre 24, la plupart des petites particules de cendres se séparent des gaz de combus- tion et redescendent sur le verre 72 en fusion pour s'y dissoudre. De plus, il se produit, dans la partie supérieure 24b de la chambre, une réaction dite "combustion finale" qui constitue les étapes finales de la combustion des produits n'ayant pas été précédemment oxydés dans la partie d'entrée de la chambre 24 de transformation. Il ressort du procédé selon l'invention décrit ci-dessus que la partie arrière de la chambre 24 de transfor- mation peut être considérée comme une zone de décomposition initiale dans laquelle la matière combustible est brûlée et la matière non combustible fond ou se divise d'une certaine manière. Lorsque de la matière combustible est présente, cette première zone peut être considérée comme une zone de combustion. La partie avant de la chambre 24 peut être considérée comme une zone de sédimentation. Dans la zone de décomposition, la matière combustible est soumise pratiquement en totalité (ou au moins en grande partie) à une combustion au cours de laquelle les plus grosses particules de cendres se déposent sur le verre fondu 72. Dans la zone de sédimenta- tion, comme indiqué précédemment, les petites particules de cendres ou d'autres particules de matière descendent sur le verre fondu 72 et certaines de ces particules peuvent alors subir les phases finales de combustion, ce qui est indiqué précédemment par l'expression "combustion finale". Il est possible qu'une certaine quantité de poussière soit entraînée et s'élève le long du canal 54 d'évacuation. L'effluent gazeux s'élevant dans le canal 54 traverse les blocs filtrants 60 de la zone 58 de filtration, puis s'échappe par le carneau 66. Une partie importante de la poussière est alors retenue dans les blocs filtrants 60. Lorsque le premier bloc filtrant 60 finit par être partiellement engorgé de poussière, le bras 64 de poussée est actionné afin de déplacer les blocs filtrants 60 pour que le premier bloc 60 tombe sur la partie avant du verre fondu 72. Le bloc filtrant 60 est avantageusement réalisé en céramique qui se dissout dans le verre, de sorte que la matière filtrante et la poussière s'intègrent au verre. Cependant, d'une manière plus générale et sans sortir du cadre de l'invention, le bloc filtrant peut être réalisé totalement ou partiellement en matière combustible. Lorsque le bloc est ensuite repoussé sur le verre, il forme des cendres et des gaz de carneau. Si cela est souhaité, les fibres ou la surface des blocs filtrants 60 peuvent recevoir un revêtement conve- nable faisant adhérer les particules à ces fibres. Un exemple de revêtement est constitué d'oxyde de fer destiné à retenir l'oxyde de ruthénium. Lorsque le niveau du verre 72 s'élève trop, on ouvre la vanne coulissante 50 afin de permettre au verre fondu 72 de passer dans la zone de refroidissement (représentée dans ce cas sous la forme d'une cuve 52). Le verre fondu, contenant les cendres dissoutes, se solidife en formant un bloc lors du refroidissement, comme indiqué en 76. Ce bloc 76 peut ensuite être transporté pour être stocké ou évacué, sans crainte de contamination de l'environnement. Il n'est pas nécessaire que les déchets à éliminer soient secs. Une suspension constituée de particules de résine organique échangeuse d'ions dans de l'eau peut être traitée de cette manière. L'eau s'évapore, la résine brûle et les cendres se dissolvent dans le verre. Ceci constitue une application importante pour les centrales nucléaires o les cendres contiennent des éléments radio-actifs. 247391 i D'autres exemples de déchets liquides à éliminer convenablement au moyen de l'invention comprennent le toluène, les diphényles polychlorés ou des solutions aqueuses contenant de l'acide borique ou de l'hydroxyde de sodium dont l'élimination posait jusqu'à présent des problèmes difficiles à résoudre. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour transformer des déchets combustibles pouvant être dangereux afin de les faire passer dans un état moins dangereux, caractérisé en ce qu'il consiste à produire un bain de verre en fusion dans une chambre fermée et horizontale de transformation, comprenant une zone arrière de décomposition et une zone avant de sédimentation des cendres, espacée horizontalement de la zone de décomposition initiale,' à introduire les déchets dans ladite chambre de transformation, à proximité de la zone arrière de décomposition, afin de provoquer une combustion des matières combustibles dans cette zone, à maintenir le verre à une température suffisamment élevée pour faire brûler les déchets avec de l'air d'admission afin que ces déchets forment des cendres et un gaz, au moins une certaine partie des cendres se présentant sous la forme de particules en suspension dans le gaz, à déplacer le gaz à peu près horizon- talement, de la zone de décomposition vers un point situé au- dessus du verre en fusion, dans la zone de sédimentation, au moins une partie des particules des cendres en suspension se déposant sur le verre fondu dans la zone de sédimentation afin de former une matière constituée de verre dans lequel des cendres sont dissoutes, et à décharger cette matière vers une zone de refroidissement pour former un produit solide constitué de verre et de déchets. - 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à faire passer le gaz de ladite zone de sédimentation à travers au moins un élément filtrant constitué d'une matière filtrante pouvant être combinée avec le verre, à retenir au moins certaines des particules de cendres en suspension dans l'élément filtrant, puis à décharger ce dernier dans le verre fondu afin que ledit élément filtrant et les particules 'de cendres s'incor- porent au verre. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à faire passer le gaz de ladite zone de sédimentation à travers un élément filtrant constitué d'une matière filtrante au moins partiellement combustible, à retenir au moins certaines des particules de cendres en suspension dans ledit élément filtrant, puis à décharger ce dernier sur le verre fondu afin que les particules de cendres s'incorporent au verre. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le verre est chauffé par passage d'un courant électrique à travers ledit verre. 5. Appareil pour transformer les déchets afin de les amener à un état relativement inoffensif, caractérisé en ce qu'il comporte une structure (12) qui délimite une chambre fermée et horizontale (24) de transfor- mation, comprenant une zone arrière de décomposition et une zone avant de sédimentation espacée horizontalement de la zone de décomposition initiale, la partie inférieure (24a) de la chambre contenant un bain de verre fondu (72) et une partie supérieure (24b) de la chambre étant destinée à contenir un gaz, des éléments d'entrée (26, 28) débouchant dans la zone arrière de décomposition et étant conçus pour introduire les déchets dans ladite chambre de transformation, des éléments (48) de décharge étant destinés à décharger de la zone de sédimentation une matière constituée de verre dans lequel des cendres sont dissoutes, des éléments (54, 66) étant destinés à décharger le gaz de ladite zone de sédimen- tation et des éléments (46) étant destinés à maintenir, dans la chambre de transformation, le verre à une température convenablement élevée afin de provoquer une combustion des déchets avec de l'air d'admission, de manière que, lorsque les déchets dangereux arrivent sur le verre fondu dans la zone arrière de décomposition, les déchets soient décomposés en cendres et en gaz, au moins certaines des cendres se présentant sous la forme de particules en suspension dans le gaz et ce dernier se déplaçant au-dessus de la zone de sédimentation o au moins une certaine partie des particules en suspension se dépose sur le verre fondu afin de former une matière constituée de verre et de cendres, cette matière pouvant ensuite être déchargée de la zone de sédimentation vers une zone de refroidissement pour former un produit solide constitué de verre et de déchets. 6. Appareil selon la revendication 5, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre des éléments qui délimitent un canal (54) de décharge du gaz partant de ladite zone de sédimentation, au moins un élément filtrant (60) étant placé dans ce canal et comprenant une matière filtrante qui peut être combinée avec le verre, un organe (64) permettant de décharger l'élément filtrant dans le verre fondu afin que l'élément filtrant et les particules de cendres qu'il a retenu puissent être incorporés dans le verre. 7. Appareil selon la revendication 6, caracté- risé en ce que la matière filtrante est au moins partielle- ment combustible.