Brevet FR2641993A1 — publié le 19900727

lé La présente invention concerne un procédé pour faire passer des substances nuisibles pour l'environnement telles que des cyanures, des fluorures, etc., qui sont extractibles par lixiviation d'une matière de déchet mise en décharge, tels que des revêtements de creuset usés de cellule d'électrolyse de l'aluminium, dans un gaz ou dans des composés stables à la lixiviation, dans lequel la matière de déchet, sous forme finement divisée, est chaufée, et des réactifs tels -que la silice, l'eau et l'oxygène sont ajoutés. L'invention concerne aussi un dispositif pour mettre en pratique le procédé. Dans de nombreux procédés industriel, on obtient un déchet sous forme de sous-produit, ce déchet comprend une forte quantité de matière minérale qui, du fait qu'elle contient des substances dangereuses sous une forme aisément lixiviable, ne peut pas être mise en décharge d'une manière sre pour l'environnement. Comme le déchet industriel, en raison de sa teneur élevée en matière minérale, possède une faible valeur calorifique, il ne peut être brûlé que moyennant un apport important d'énergie noble. Lors de la production par exemple d'aluminium à partir d'oxyde d'aluminium, les oxydes d'aluminium sont dissous aux environs de 1000'C dans une masse fondue de cryolite dans laquelle l'oxyde est électrolysé en continu. La cellule d'électrolyse doit fréquemment être rénovée, et le revêtement de son creuset être remplacé. Ce revêtement est alors tellement imprégné par le sodium et le fluor contenus dans la cryolite, et aussi par le cyanure formé au cours du procédé, que le revêtement ne peut pas être mis en décharge à ciel ouvert d'une manière qui soit acceptable pour l'environnement. Dans le FR 87 08 012, il est décrit un procédé conformément auquel un tel revêtement est fondu avec de la silice et avec addition d'eau et d'air, et de la chaleur est également apportée. La matière gazeuse dégagée peut alors être traitée d'une manière classique, et les composés solides qui se forment sont stables à la lixiviation. Dans un essai pour effectuer le procédé indiqué dans le FR 87 08 012, c'est-à-dire pour traiter une matière du type indiqué, à savoir des revêtements usés provenant de cellules d'électrolyse de l'aluminium, en utilisant un four cyclone muni d'un générateur de plasma, le procédé ne peut cependant pas être effectué avec le résultat recherché. Le four cyclone a été alimenté de la manière habituelle, c'est-à-dire en introduisant axialement la matière de déchet par une extrémité du four, la matière traitée étant évacuée à l'autre extrémité du four cyclone. Il s'est révélé qu'une forte proportion de la matière traversait le four cyclone sans réagir. Un des buts de l'invention est donc de fournir un procédé et un dispositif qui permettent d'appliquer la technique de transfert des substances lixiviables dans un gaz ou dans des composés stables à la lixiviation dans un four cyclone, avec un taux de réaction élevé pour la matière de déchet ajoutée. L'invention concerne un procédé de transfert de substances nuisibles pour l'environnement telles que des cyanures, des fluorures, etc., qui sont extractibles par lixiviation d'une matière de déchet mise en décharge, tels que des revêtements de creusets de cellules d'électrolyse de l'aluminium usés, dans un gaz et/ou dans des composés stables à la lixiviation, dans lequel la matière de déchet, sous forme finement divisée, est chauffée, et des réactifs tels que la silice, l'eau et l'oxygène sont ajoutés, dans un four cyclone comprenant une source de chaleur et un récipient de four. Selon l'invention, on introduit la matière de déchet dans le four cyclone en passant par une chambre de pré- réaction qui est disposée entre la source de chauffage et le récipient du four et qui est dirigée tangentiellement vers le récipient du four. Dans un mode de réalisation préféré les réactifs sont introduits et mélangés avec la matière de déchet dans la chambre de pré-réaction. L'invention concerne aussi un appareil pour faire passer des substances nuisibles pour l'environnement telles que des cyanures, des fluorures, etc., qui sont extractibles par lixiviation d'une matière de déchet mise en décharge, tels que des revêtements de creusets de cellules d'électrolyse de l'aluminium usés, dans des composés gazeux et/ou dans des composés stables à la lixiviation, comprenant un four cyclone avec une source de chaleur et un récipient de four, dans lequel la matière de déchet et les réactifs, par exemple sous forme de silice, d'eau et d'oxygène, sont ajoutés et chauffés. Selon l'invention il- comporte une chambre de pré- réaction reliée au four entre la source à haute température et le récipient de four, cette chambre de pré-réaction comportant des moyens pour l'injection de matières de déchet et la chambre étant reliée tangentiellement au récipient de four. De préférence le four comprend des moyens pour la séparation de la matière gazeuse et de la matière solide et/ou liquide. Dans un mode de réalisation il comporte des moyens pour soutirer la matière solide et/ou liquide formée de la partie inférieure du récipient du four. Selon une variante il comporte des moyens pour soutirer ! le gaz formé de la partie supérieure du récipient du four. De préférence, le récipient du four est pratiquement cylindrique et est orienté avec son axe pratiquement horizontal. La source à haute température peut comprendre un générateur de plasma. La chambre de mélange et de pré-réaction est disposée 4 une partie d'extrémité du récipient du four, et les moyens pour évacuer la matière gazeuse formée et la matière solide ou liquide sont disposés à l'autre partie d'extrémité du récipient du four. 26 41993 Il s'est révélé d'une manière surprenante que l'objectif de l'invention était atteint si au moins la matiere de déchet, et éventuellement aussi les réactifs ajoutés étaient introduits dans une chambre de mélange et de pré-réaction située entrela source à haute température du four et le récipient du four, et qui est relié tangentiellement au récipient du four. Une cause concevable du phénomène observé (à savoir que l'alimentation en matière axiale directe d'un four cyclone auquel une source à haute température est reliée tangentiellement a pour effet qu'une forte proportion de la matière ajoutée traverse le four sans avoir réagi) pourrait être que la tendance à la réaction de la matière à la sortie est tellement faible que la matière ne peut pas commencer à réagir, en dépit du fait que la température ambiante est la température finale du système. Pour qu'une réaction se produise, la matiere de déchet, ou au moins les surfaces de la matière doivent apparemment être surchauffées, et ceci peut se produire dans le gaz très chaud qui quitte la source à haute température, - laquelle est de préférence un générateur de plasma. Par conséquent, on peut dire que les matières à la sortie ont une réactivité tellement faible que les réactions vers la condition d'équilibre thermodynamique ont des difficultés à démarrer, et ceci signifie qu'il n'est pas certain que les réactions recherchées se produisent, malgré la suggestion faite par la technique antérieure d'ajouter un combustible de haute qualité. On décrira l'invention dans ce qui suit sous la forme d'un exemple en se référant au dessin annexé qui représente schématiquement un appareil conforme à 1l'invention. Le dessin représente un four cyclone 1 orienté généralement dans le sens horizontal, comprenant un source à haute température 2, par exemple sous la forme d'un générateur de plasma, qui est relié tangentiellement au récipient du four à une de ses extrémités. Entre la source à haute température 2 et le four 1, se trouve une chambre à pré-réaction 3 dans laquelle la matière de déchet à traiter est injectée sous une forme finement broyée et est surchauffée. La matière peut être constituée de revêtements de creusets de cellules d'électrolyse de l'aluminium ou analogues. Dans le dessin, l'injection de matière de déchet est représentée schématiquement en 6. De même, les réactifs sont injectés dans la chambre 3 en 7. Les réactifs se composent par exemple de silice finement divisée, d'eau et d'oxygène lorsque la matière de déchet se compose du revêtement mentionné ci-dessus. La matière de déchet et les réactifs sont par conséquent surchaufés et intimement mélangés dans la chambre de mélange et de pré-réaction 3, et ils sont transférés dans le récipient du four o se produisent les réactions finales. Les matières solides et/ou liquides formées sont séparées de la phase gazeuse formée, et sont évacuées à l'orifice de sortie du laitier 4. Le gaz chaud produit est soutiré du récipient du four à l'orifice de sortie du gaz 5 pour être transféré dans un appareil de traitement du gaz approprié. Le laitier peut adéquatement être amené à former ou être mis sous la forme d'une matière vitreuse, de laquelle les substances dangereuses éventuellement restantes ne sont pas lixiviables dans la pratique, de telle sorte que la matière vitreuse peut être placée à l'air libre sans danger pour l'environnement. En ce qui concerne les rapports appropriés entre la matière de déchet et les réactifs, ainsi que d'autres détails du procédé mentionné, on se référera au FR 87 08 012, et les parties du FR 87 08 012 qui sont intéressantes pour la présente invention sont incorporées au présent mémoire. Le récipient 10 est de préférence cylindrique. Pour des raisons économiques, le système est de préférence conçu pour maintenir une température juste suffisante pour entretenir les réactions attendues, et une caractéristique importante de l'invention est que les surfaces de la matière sont surchauffées dans la chambre de préchauffage 3 à un degré tel que les réactions attendues démarrent de manière précoce et se poursuivent en dépit d'une température minima du système dans le récipient 10. L'invention sera illustrée plus en détail dans ce qui suit par les exemples 1 & 3. L'exemple 1 révèle le fonctionnement du procédé dans un four du type cyclone avec alimentation axiale de la matière d'alimentation; L'exemple 2 révèle le fonctionnement du procédé dans un four du type cyclone, l'alimentation en matière s'effectuant par l'intermédiaire d'une chambre de pré-réaction/mélange de la présente invention. L'exemple 3 révèle la possibilité de mise en oeuvre de la technique de l'invention pour diverses compositions de l'alimentation. EXEMPLE 1 I - Composition de l'alimentation Briques imprégnées = 53,2 % Blocs imprégnés = 33,5 % Silice (sable de SiO2) = 13,3 % II - Paramètres de fonctionnement Débit d'alimentation = 207 kg/h Injection d'eau = 12 1/h Injection d'air = 426 Nm3/h Puissance nette du plasma = 645 kW Pertes thermiques du réacteur = 573 kW Puissance nette pour le procédé = 72 kW III- Résultats Température des fumées = 1270'C Poussière dans les fumées = 11,0 g/Nm3 Composition de la poussière = F = 48,3 % Na = 23,4% Ai = 7,4 % Si = 3,4 % Composition du laitier = F = 3,5 %, Na = 9,7 % Ca = 2,0 % K = 0,7 % Ai = 9,1 % Si = 25,0% C = 4,85 % IV - Aptitude à la lixiviation du laitier CN non détecté Soluble F = 0,39 % EXEMPLE 2 I - Composition de l'alimentation (en poids) Briques imprégnées (meulées à 2 2 3 Composition des briques et blocs imprégnés (% en poids) C F Ai Si Na Ca CN Briques imprégnées 4,7 5,6 10,9 23,3 7,8 2,9 0,05 Blocs de carbone imprégnés 51,3 11,6 5,9 3,7 13,7 1,5 0,3 II - Paramètres de fonctionnement Débit d'alimentation = 300 kg/h Injection d'eau M 28 kg/h Injection d'air - 500 Nm3/h Puissance nette du plasma - 760 kW Pertes thermiques du réacteur = 665 kW Puissance nette absorbée par le procédé = 95 kW III Résultats Température des fumées à la sortie du réacteur = 1195'C Teneur en poussière des fumées = 4,0 g/Nm3 ." 2641993 Composition de la poussière = A1 7,3 Si = 5,2 Na = 21,4 F = 48,3 Composition du liaitier = A1 = 13,5 Si = 27,5 Na = 7,2 F = 0,5 K 0,6 Ca = 2,0 C= 0,1 IV - Aptitude à la lixiviation du laitier CN' non détectable F' soluble = EXEMPLE 3 I - Composition de l'alimentation Début de Fin de l'essai l'essai Blocs imprégnés 28,7 % 45,0 % Briques imprégnées 45,3 % 29,3 % Sable (silice SIO2) 26,0 % 25,7 % II- Paramètres de fonctionnement Début de Fin de l'essai l'essai Débit d'alimentation 210 kg/h 210 kg/h Injection d'eau 12 1/h 12 1/h Injection d'air 500 Nm3/h 500 Nm3/h Puissance nette du plasma 1020 kW 869 kW Pertes thermiques du réacteur 661 kw 718 kW Puissance nette du procédé 359 kW 151 kW Température des fumées 1350'C 1350'C III - Composition du laitier (% en poids) - C F A1 Si Na Ca K Fe Début de l'essai 0,52 0,89 10,7 29,1 6,1 1,6 0,5 1,2 Fin de l'essai 0,05 0,92 8,6 31,9 6,5 1,4 0,5 0,8 IV - Aptitude à la lixiviation du laitier Dans tous les cas CN' non détectable F' soluble = 264 1993 REVENDICATIONS 1. Procédé de transfert de substances nuisibles pour l'environnement telles que des cyanures, des fluorures, etc., qui sont extractibles par lixiviation d'une matière de déchet mise en décharge, tels que des revêtements de creusets de cellules d'électrolyse de l'aluminium usés, dans un gaz et/ou dans des composés stables à la lixiviation, dans lequel la matière de déchet, sous forme finement divisée, est chauffée, et des réactifs tels que la silice, l'eau et l'oxygène sont ajoutés, dans un four cyclone (1) comprenant une source de chaleur (2) et un récipient (10) de four, caractérisé en ce-qu'on introduit la matière de déchet dans le four cyclone (1) en passant par une chambre de pré-réaction (3) qui est disposée entre la source de chauffage (2) et le récipient (10) du four et qui est dirigée tangentiellement vers le récipient (10) du four. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les réactifs sont introduits et mélangés avec la matière de déchet dans la chambre de pré-réaction (3). 3. Appareil pour faire passer des substances nuisibles pour l'environnement telles que des cyanures, des fluorues, etc., qui sont extractibles par lixiviation d'une matière de déchet mise en décharge, tels que des revêtements de creusets de cellules d'électrolyse de l'aluminium usés, dans des composés gazeux et/ou dans des composés stables à la lixiviation, comprenant un four cyclone (1) avec une source de chaleur (2) et un récipient (10) de four, dans lequel la matière de déchet et les réactifs, par exemple sous forme de silice, d'eau et d'oxygène, sont ajoutés et chauffés, caractérisé en ce qu'une chambre de pré-réaction (3) est reliée au four entre la source à haute température (2) et le récipient (10) de four, cette chambre de pré-réaction comportant des moyens (6) pour l'injection de matières de déchet et la chambre étant reliée tangentiellement au récipient de four (1). 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le four (1) comprend des moyens pour la séparation de la matière gazeuse et de la matière solide et/ou liquide. 5. Appareil selon les revendications 3 ou 4, caractérisé par des moyens (4) pour soutirer la matière solide et/ou liquide formée de la partie inférieure du récipient (10) du four. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé par des moyens (5) pour soutirer le gaz formé de la partie supérieure du récipient (10) du four. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le récipient du four est pratiquement cylindrique et est orienté avec son axe pratiquement horizontal. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 & 7, caractérisé en ce que la source à haute température (2) comprend un générateur de plasma. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la chambre de mélange et de pré-réaction (3) est disposée à une partie d'extrémité du récipient du four, et en ce que les moyens (4, 5) pour évacuer la matière gazeuse formée et la matière solide ou liquide sont disposées à l'autre partie d'extrémité du récipient (10) du four.