Brevet FR2622483A1 — publié le 19890505

o PROCEDE POUR TRANSFORMER DES ORDURES EN UN MATERIAU SOUS FORME DE BOULETTES La présente invention a pour objet un procédé pour transformer des ordures en un matériau sous forme de boulettes. Plus particulièrement, le procédé permet de transformer des ordures, notamment des ordures ménagères, en un matériau sous forme de boulettes dures, imputrescibles et insolubles dans l'eau, pouvant être utilisées, par exemple, dans la fabrication de matériaux de construction, tels que des briques, ou comme agrégat pour la préparation du béton. Comme on le sait, les problèmes posés par la nécessité d'éliminer, en limitant les risques de pollution et autres nuisances, une quantité d'ordures et de résidus divers en constante augmentation deviennent de plus en plus difficile à résoudre. Dans le but de fournir une solution acceptable à ces problèmes, il a été proposé de transformer les ordures, préalablement broyées et débarassées des corps métalliques qu'elles contiennent éventuellement, en corps solides de formes et dimensions diverses, pouvant être utilisés comme matériau de construction. Ainsi, par exemple, le brevet français N 2 098 777 décrit la fabrication de blocs durs et compacts, susceptibles d'être utilisés comme matériau de construction ou de remblai, par incorporation d'un silicate métallique dans une masse d'ordures broyées, non triées, compactage à la presse sous haute pression de la masse ainsi traitée, sous forme de blocs et durcissement final des blocs, soit à la température ambiante, soit par chauffage, par exemple, à une température de 80 à 200 C. La demande de brevet français N 2 286 116 porte sur un procédé de fabrication, à partir d'ordures séchées et broyées, après élimination des corps métalliques, d'agrégats de forme cylindrique destinés à remplacer le gravier naturel dans la préparation du béton. Conformément à un exemple de mise en oeuvre de ce procédé, on mélange la poudre d'ordures broyées avec un agent protecteur contre la putréfaction, tel que des silicates métalliques ou le furfural, ainsi qu'avec un liant tel qu'une résine synthétique, un brai soluble ou de la chaux vive, des charges minérales et un catalyseur de durcissement du liant, de façon à former une pate épaisse à partir de laquelle l'on forme des comprimés cylindriques par moulage à la presse, ces comprimés subissant finalement un chauffage à une température au plus égale à 200 C, en vue de les durcir. Les procédés conformes à l'art antérieur illustré par les documents susmentionnés ne sont pas entièrement satisfaisants, notamment en raison du fait qu'ils ne permettent pas l'obtention de corps solides présentant à la fois de bonnes propriétés mécaniques, une grande inertie chimique et biologique ainsi qu'une solubilité dans l'eau pratiquement nulle, comme cela serait souhaitable en vue de leur emploi comme matériau de construction. La présente invention a pour but de transformer une masse d'ordures non triées mais simplement débarassées, de manière connue en soi, des corps métalliques, notamment en métaux ferreux qu'elles contiennent éventuellement, puis broyées, en boulettes dures, imputrescibles et pratiquement insolubles dans l'eau. A cet effet, le procédé selon l'invention présente les caractéristiques spécifiées dans la revendication 1. Ainsi, le procédé selon l'invention est fondé sur la combinaison d'un traitement thermique de comprimés obtenus par granulation sous pression d'un mélange homogène essentiellement constitué d'ordures broyées et de matière minérale contenant de l'oxyde de calcium, du broyage de ces comprimés, de manière à former une poudre fine constituée de particules granulaires et de fibres, et finalement de l'agglomération de cette poudre sous forme de boulettes. On a constaté que, de manière surprenante, cette combinaison nouvelle d'opérations permet d'obtenir des boulettes présentant une résistance mécanique élevée ainsi qu'une grande inertie chimique et biologique, associées avec une solubilité dans l'eau pratiquement nulle, ces boulettes pouvant donc être employées dans un grand nombre d'utilisations diverses et notamment pour la fabrication de matériaux de construction, sans risque de pollution et autres nuisances. La matière minérale contenant de l'oxyde de calcium a l'état libre ou combiné peut être, par exemple, choisie parmi la chaux vive, les cendres volantes, la calcite, la dolomie et les matières argileuses. Avantageusement, les proportions du mélange d'ordures broyées et de matières minérales contenant de l'oxyde de calcium sont de 90 à 95 % en poids, d'ordures pour 5 à 10 % en poids, de cette matière minérale. On peut, en outre, incorporer dans le mélange l'ordures broyées et de matières minérales contenant de l'oxyde de calcium des charges diverses et notamment une matière minérale contenant du carbonate de calcium et de magnésium, à l'état libre ou combiné, par exemple de la dolomite. On peut effectuer les différentes opérations requises pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention de toute manière appropriée, notamment en utilisant les techniques connues et l'appareillage classique pour le traitement des ordures. En particulier, pour l'obtention d'ordures ne contenant pratiquement pas de corps métalliques, on peut utiliser des ordures provenant de l'enlèvement sur les lieux de collecte et soumises aux opérations habituelles de tri et tamisage, afin d'en séparer les objets éventuellement récupérables et/ou recyclables tels quels, notamment les masses métalliques de grandes dimensions. Apres quoi, on peut mettre les ordures sous forme d'un mélange pulvérulent homogène, pratiquement exempt de matières métalliques, et notamment de fer. A cet effet, on peut soumettre les ordures à des opérations de broyage et mélange effectuées simultanément ou séparément et éventuellement combinées avec une ou plusieurs opérations de tri destinées à la séparation de morceaux métalliques et plus particulièrement de morceaux à base de fer. Par exemple, on peut soumettre les ordures triées à un premier broyage, grossier, jusqu'à une grosseur moyenne de morceaux d'environ 50 mm, ce broyage étant effectué avant ou après un tri magnétique destiné à l'enlèvement de particules de fer et autres matières ferro-magnétiques et étant suivi d'un deuxième broyage effectué, par exemple, au moyen d'un broyeur rotatif à marteau ou d'un déchiqueteur, de manière à réduire les ordures en particules, sous forme de grains et de fibres, ayant des dimensions maximales inférieures à à 20 mm. L'opération de mélange de la masse d'ordures broyées avec la matière minérale contenant de l'oxyde de calcium peut également être effectuée en utilisant toute technique et appareillage appropriés, notamment au moyen de dispositifs doseurs et mélangeurs automatiques fonctionnant de manière intermittente ou continue. Pour la préparation des comprimés à partir du mélange d'ordures broyées et de matières minérales contenant de l'oxyde de calcium, on peut avantageusement utiliser un appareil à granuler rotatif, à rouleaux et filières tel qu'un appareil du type employé pour la production - d'aliments granulés pour le bétail, permettant d'obtenir des comprimés ayant la forme de corps cylindriques avec, par exemple, une longueur de 5 à 60 mm et un diamètre de 2 à 20 mm, par granulation sous une pression de l'ordre de à 900 bars. Le traitement thermique des comprimés peut être avantageusement effectué par passage dans la direction axiale à travers un four tubulaire rotatif, à axe de rotation horizontal, ce four étant chauffé à l'air chaud et muni d'une paroi intérieure hélicoïdale assurant la circulation des comprimés. En particulier, on peut utiliser un four parcouru par un courant d'air, chauffé à une température de l'ordre de 250 à 400 C, au moyen d'un brûleur, et s'écoulant dans le même sens que les comprimés. Ce traitement a pour effet de diminuer la teneur en eau des comprimés, par exemple jusqu'à une valeur inférieure à 5 % en poids, et à augmenter leur dureté par suite de l'effet de carbonatation résultant de la transformation de l'oxyde de calcium en carbonate de calcium. Le broyage des comprimés, après leur séchage et leur durcissement peut être effectué de toute manière appropriée, notamment en utilisant un broyeur à marteau comportant une grille amovible pour le passage de la matière broyée. On obtient ainsi une matière divisée comprenant une certaine proportion de matières fibreuses, provenant, par exemple, des textiles, des matières plastiques et des matières cellulosiques contenues dans les ordures de départ, ainsi qu'une certaine proportion de particules granulaires provenant du broyage des substances minérales, telle que le verre, le calcaire, etc., ou des substances organiques contenues dans ces ordures. Avantageusement, on règle la longueur des fibres de manière que la majorité d'entre elles ait une longueur comprise dans une gamme donnée, de préférence entre 0,1 et 30 mm, soit en agissant sur les conditions de broyage des comprimés soit en effectuant une opération ultérieure de réglage de la longueur des fibres, par exemple un tamisage. Par exemple, on peut régler la longueur des fibres et, de manière générale la granulométie de la matière divisée, lors du broyage des comprimés en choisissant de manière convenable la finesse de la grille du broyeur à marteau, par exemple de 1 à 4 mm. Pour effectuer le traitement d'agglomération sous forme de boulettes. de la matière divisée obtenue par broyage des comprimés, on peut utiliser tout dispositif approprié, par exemple un dispositif choisi parmi les dispositifs d'agglomération à tambour et les dispositifs d'agglomération à assiette ainsi que les combinaisons de ces deux sortes de dispositifs. Avantageusement on ajoute, à la matière divisée, préalablement au traitement d'agglomération, au moins un liant ainsi qu'au moins une charge minérale éventuelle. Comme liant, on utilise de préférence une matière choisie parmi les ciments hydrauliques, les cendres de calcination des boues d'épuration et le ferro-silicium en poudre. Comme charge minérale on peut utiliser, par exemple, îe carbonate de calcium, la poudre de roche calcaire,la chaux hydraulique, l'argile, la poussière provenant des installations de récupération de matériaux de construction ainsi que des poussières provenant d'autres installations industrielles. Pour provoquer l'agglomération de la matière divisée ou du mélange de matière divisée, et de liant ainsi que de charge éventuelle, on ajoute avantageusement une certaine quantité d'eau à cette matière ou à ce mélange, avant ou pendant le traitement d'agglomération. On peut, par exemple, effectuer l'adjonction de liant, charge minérale éventuelle et eau à la matière divisée, constituée de particules granulaires et de fibres, de manière à former un mélange homogène, dans un mélangeur situé en amont du dispositif utilisé pour effectuer le traitement d'agglomération. On peut également former ce mélange dans ce dernier dispositif lui-même. En variante, on peut effectuer l'adjonction de liant et de charge minérale éventuelle à la matière divisée constituée de particules granulaires et de fibres, de façon à former un premier mélange homogène, dans un mélangeur situé en amont du dispositif utilisé pour effectuer le traitement d'agglomération et effectuer l'adjonction de la quantité d'eau permettant de provoquer l'agglomération de ce mélange dans ce dernier dispositif. Conformément à une autre variante avantageuse de mise en oeuvre du procédé, on mélange le liant et la charge minérale éventuelle avec ladite quantité d'eau dans un mélangeur situé en amont du dispositif de granulation et l'on introduit ensuite dans ce dispositif le mélange ainsi obtenu en même temps que la matière divisée constituée de particules granulaires et de fibres. Selon encore une autre variante de mise en oeuvre du procédé, on prépare un mélange homogène de matière divisée constituée de particules granulaires et fibres avec le liant et une charge minérale dans un dispositif de granulation à tambour jouant également le r8le de mélangeur puis on ajoute la quantité d'eau permettant l'agglomération de ce mélange sous forme de boulettes. On fait fonctionner le tambour de façon à former des boulettes et l'on transfère ensuite les boulettes ainsi obtenues dans un dispositif de granulation à assiette dans lequel on termine le traitement d'agglomération. Par exemple, on peut alimenter l'assiette de granulation en un mélange homogène de liant et de charge minérale ou encore de liant, charge minérale et matière divisée constituée de particules granulaires et fibres de façon à provoquer le grossissement des boulettes initiales et former des boulettes constituées d'une partie centrale enrobée par une coque ayant une composition différente de celle de la partie centrale. Ceci permet notamment d'obtenir des boulettes présentant une partie périphérique plus dure que la partie centrale. Avantageusement, on peut soumettre les boulettes obtenues par le traitement d'agglomération à un traitement de durcissement subséquent. Par exemple, ce traitement de durcissement dont les conditions sont adaptées à la nature des matières constitutives des boulettes et principalement à celle du liant utilisé, peut comprendre au moins une opération consistant à soumettre les boulettes à l'action d'une pression élevée, de la chaleur ou de la vapeur d'eau, ou encore à une combinaison d'au moins deux de ces trois facteurs. On peut, bien entendu, combiner entre elles les opérations susmentionnées, de façon à obtenir des boulettes ayant toute structure désirée et, en particulier, une structure composite. Exemple 1 On prépare un premier mélange homogène de 952 parties en poids d'ordures ménagères broyées, ayant une teneur en humidité de l'ordre de 30 % en poids (résultant de l'enlèvement de 48 parties en poids de ferraille d'une masse de 1000 parties en poids d'ordures ménagères provenant directement du ramassage), 50 parties en poids de chaux vive et 5 parties en poids de carbonate de calcium. On comprime ce mélange, sous une pression de l'ordre de 150 bars, dans une presse à rouleaux et filières, de façon à former des comprimés cylindriques ayant un diamètre de 8 mm et une longueur variable, comprise entre 10 et 20 mm. On soumet ensuite ces comprimés à un traitement thermique de séchage et durcissement par passage dans un four tubulaire rotatif à axe horizontal parcouru par un courant d'air chaud ayant une température de l'ordre de 250 C, avec une durée de passage des comprimés dans le four de 30 minutes environ. On obtient ainsi 720 parties en poids de comprimés ayant une teneur en humidité légèrement inférieure à 1 % en poids. On réduit ces comprimés en poudre fine, au moyen d'un broyeur à marteau muni d'une grille de 2 mm de diamètre. On obtient une matière divisée constituée de particules granulaires et de fibres avec des longueurs de fibres variées comprises entre 0,1 et 30 mm. On prépare, dans un mélangeur, un mélange homogène de cette matière divisée avec du ciment hydraulique et de la poudre de craie, en proportion suivante (en partie en poids): matière divisée à base d'ordures: 2 poudre de roche calcaire: ciment hydraulique: 1 On ajoute ensuite à ce mélange, toujours dans le même mélangeur constitué par un tambour de granulation, une quantité d'eau correspondant à une proportion de 70 parties en poids d'eau pour 100 parties en poids dudit mélange, de façon à former une pâte. On fait ensuite fonctionner le tambour-mélangeur en tambour de granulation de manière à mettre la pâte sous forme de boulettes sphé::oidales. On transfère ensuite les premières boulettes ainsi obtenues dans une assiette de granulation. On ajoute ensuite, tout en faisant tourner l'assiette de granulation, un mélange homogène sec de ciment et poudre de calcaire, en proportions pondérales égales, en utilisant environ 40 parties en poids de ce mélange pour 100 parties en poids de matière divisée contenue dans le mélange initial. On obtient ainsi des boulettes dont le diamètre croît progressivement, les boulettes ayant le diamètre final désiré tombant à l'extérieur de l'assiette. On laisse sécher les boulettes finalement obtenues, par entreposage de quelques jours à l'air à la température ambiante et dans les conditions d'hygrométrie normales. On obtient ainsi des boulettes ayant un diamètre compris entre 2 et 15 mm et dont la densité en vrac est de 750 kg/m3 pour une teneur en humidité de l'ordre de 30 % en poids. Chacune des boulettes présente une partie périphérique ou coque plus dure et plus insoluble dans l'eau que la partie centrale de la boulette. Exemple 2 On procède à la transformation d'ordures ménagères en une matière divisée inerte et insoluble, constituée de particules granulaires et de fibres, de la manière indiquée dans la première partie de l'exemple 1. On prépare ensuite un matériau sous forme de boulettes sphéroidales à partir de cette matière divisée, par granulation au moyen d'une assiette de granulation, en procédant de manière similaire à celle qui est décrite dans l'exemple 1, mais en utilisant, au lieu d'une assiette à granulation à simple bord, une assiette à granulation à double bord, c'est-à-dire comportant une zone annulaire entourant la partie centrale. La composition du mélange initial introduit dans la partie centrale de l'assiette est la suivante (en partie pondérale): matière divisée à bases d'ordures: 10 ciment hydraulique: 7 On verse ce mélange sur l'assiette de granulation et on ajoute de l'eau, en proportion identique à celle spécifiée dans l'exemple 1, par aspersion de ce mélange dans l'assiette de granulation. Les boulettes qui tombent dans la zone de granulation annulaire, en passant par-dessus le bord de la partie de granulation circulaire centrale, ont un diamètre variable compris entre 7 et 11 mm. Dans la zone de granulation annulaire, on saupoudre les boulettes d'un mélange homogène de ciment Portland et poudre de calcaire ayant la composition suivante (en partie pondérale): ciment Portland: 1 poudre de calcaire: 1 La proportion de ce dernier mélange utilisé est de 50 parties en poids pour 100 parties en poids de matière divisée, constituée de particules granulaires et de fibres, à base d'ordures. En même temps que ce dernier mélange, on ajoute de l'eau, par aspersion, pour permettre l'agglomération. Les boulettes finalement obtenues, dont le diamètre est compris entre 8 et 12 mm, passent par-dessus le rebord extérieur de la zone de granulation annulaire et sont entreposées à la température ambiante, dans les conditions normales d'hygrométrie afin d'obtenir leur durcissement final. On obtient ainsi des boulettes présentant une coque périphérique plus dure que la partie centrale. La densité en vrac du matériau est d'environ 700 kg/m3. Exemple 3 On utilise les boulettes obtenues selon l'exemple 1 comme agrégat pour la préparation de béton. A cet effet, on mélange les boulettes avec un coulis de ciment et d'eau correspondant à un dosage de 400 kg de ciment par m3 de mélange de boulettes et ciment, avec un raport pondéral eau/ciment égal à 0,57. Apres une période de durcissement de 36 jours, un bloc de béton ainsi obtenu a une densité de 1500 kg/m3 et présente les caractéristiques mécaniques suivantes: force de traction A la flexion [N/mm2]: 1,78 résistance à la compression (sur cube) [N/mm2: 7,17 Son coefficient d'isolation thermique (W/m.K) est de 0,55. Exemple 4 On utilise les boulettes obtenues selon l'exemple 1 comme agrégat pour la fabrication de briques, par mélange de ces boulettes avec du ciment, adjonction d'eau et compaction du mélange dans des moules avec vibration. La proportion de ciment utilisé correspond à un poids de 300 kg de ciment par mètre cube de mélange. Après 32 jours de séchage et durcissement à température ambiante, ce qui amène la teneur en eau à environ 20 % en poids par rapport au poids du ciment, les briques ainsi obtenues ont un poids spécifique de 1650 kg/m3 et une résistance à la compression de 4,3 N/mm2. Leur coefficient d'isolation thermique est de 0,45 W/m.K, ce qui permet l'utilisation des briques pour la construction de murs ayant de très bonnes propriétés d'isolation thermique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour transformer des ordures en un matériau sous forme de boulettes, caractérisé par le fait que l'on prépare un mélange homogène d'ordures broyées, pratiquement exemptes de corps métalliques, avec au moins une matière minérale en poudre contenant de l'oxyde de calcium à l'état libre ou combiné, que l'on met ce mélange sous forme de comprimés, que l'on chauffe ces comprimés de manière à les sécher et augmenter leur dureté, que l'on broie les comprimés ainsi séchés et durcis de manière à obtenir une matière finement divisée, constituée d'un mélange de particules granulaires et de fibres, et que l'on soumet cette matière à un traitement d'agglomération, de façon à la mettre sous forme de boulettes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on règle la longueur des fibres de ladite matière divisée, au cours du broyage desdits comprimés et/ou par une opération ultérieure au broyage. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite opération de réglage de la longueur des fibres ultérieure au broyage est un tamisage. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on effectue le broyage des comprimés et/ou l'opération ultérieure de réglage de longueur des fibres de façon que les fibres aient des longueurs comprises entre 0,1 et 30 mm. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on effectue ledit traitement d'agglomération au moyen d'un dispositif choisi parmi les dispositifs d'agglomération à tambour et les dispositifs d'agglomération à assiette ainsi que les combinaisons de ces deux sortes de dispositifs. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'on ajoute au moins un liant à ladite matière divisée, de façon à former un mélange homogène, avant d'effectuer ledit traitement d'agglomération. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le liant est choisi parmi les ciments hydrauliques, les cendres de calcination des boues d'épuration et le ferro-silicium en poudre. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'on ajoute en outre au moins une charge minérale en poudre à la matière divisée. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la charge minérale est choisie parmi le carbonate de calcium, la poudre de roche calcaire, la chaux hydraulique, l'argile et la poussière provenant des installations de récupération de matériaux de construction. 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que la proportion totale de liant et de charge minérale ajoutée à la matière divisée constituée de particules granulaires et de fibres est telle qu'elle correspond à un poids de 300 à 1800 kg par mètre cube de matériau final, à l'état séché. 11. Procédé selon l'une des revencicaitons 1 à 10, caractérisé par le fait que l'on ajoute à ladite matière divisée, ou audit mélange de matière divisée, liant et charge minérale éventuelle, une quantité d'eau suffisante pour permettre l'agglomération de cette matière ou de ce mélange. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'on effectue l'adjonction de liant, charge minérale et eau, à la matière inerte divisée, dans un mélangeur situé en amont du dispositif utilisé pour effectuer le traitement d'agglomération. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'on effectue l'adjonction de liant et d'eau ainsi que de charge minérale éventuelle à la matière divisée dans le dispositif utilisé pour effectuer le traitement d'agglomération. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'on effectue l'adjonction de liant et de charge minérale à la matière divisée constituée de particules granulaires et de fibres, de façon à former un premier mélange homogène sec, dans un mélangeur situé en amont du dispositif utilisé pour effectuer le traitement d'agglomération et que l'on effectue l'adjonction de ladite quantité d'eau à ce premier mélange dans ce dernier dispositif. 15. Procédé- selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'on prépare un mélange de ladite matière divisée, de liant et charge minérale éventuelle et que l'on met ensuite ce mélange sous forme de boulettes, -ces deux opérations étant effectuées dans un même dispositif mélangeur-granuleur, puis que l'on place les boulettes ainsi obtenues sur une assiette de granulation et qu'on leur ajoute du liant en poudre ou un mélange pulvérulent de liant et de charge minérale de façon à former des boulettes comprenant une partie centrale entourée par une partie périphérique ayant une composition différente de celle de la partie centrale. 16. Procède selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'on mélange le liant et la charge minérale avec ladite quantité d'eau dans un mélangeur situé en amont du dispositif utlilisé pour effectuer le traitement d'agglomération et que l'on introduit dans ce dernier dispositif ladite matière divisée et le mélange obtenu dans ce mélangeur, de façon à provoquer l'agglomération de l'ensemble sous forme de boulettes constituées d'une partie centrale entourée par une coque ayant une composition différente de celle de la partie centrale. 17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que l'on soumet les boulettes obtenues par ledit traitement d'agglomération à un traitement de durcissement. 18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé par le fait que ledit traitement de durcissement comprend au moins une opération consistant à soumettre les boulettes à l'action d'une pression élevée, de la chaleur ou de la vapeur d'eau, ou d'une combinaison d'au moins deux de ces trois facteurs.