Brevet FR2644372A1 — publié le 19900921

la présente invention a trait au domaine du traitement de déchets en vue de les Insolubiliser et de les transformer en masses compactes piegeant les éléments et produits toxiques, dont notamment des métaux. Elle s'appliquet Utspécialement au cas des cendres volantes d'incinération. On sait que les cendres volantes d'incinération (appe- lées ci-après CV pour abréger) résultent de la combustion de toutes sortes de déchets. Un incinérateur produit, outre du machefer et des déchets d'épuration de fuméesjune grande quantité de CV sous forme de fines particules que l'on piège, généralement, par des moyens électro- statiques. La composition des CV varie, bien entendu, en fonction des types de déchets, des équipements utilisés et des conditions d'exploita- tion. Dans le cas, par exemple, de l'incinération d'ordures ménaaeres,la composition d'une CV est approximativementla suivante: Si: 23 %; Al: 7 %; Fe: 4%; Pb: 1%, Zn: 1,9%; Ca: 8 %; Mg: 2,5%; Ba: 0,3% K: 4 %;Na: 3 %; Ti: 0,7 %; Cd: 0,03%; Sn: 0,3%; Cr: 0,1 %; Cl:1%; S: 3%, Na: 3%; N: 4%; P: 5%; C organique: environ: 1% des im- brOlés. Les CV qui sont stockées en milieu humide peuvent pro- voquer par lixiviation des pollutions sensibles. C'est ainsi, par exem- ple, qu'un échantillon représentatif de pH 6,8 environ, soumis à la norme DIN 38414 relargue par lixiviation les éléments toxiquessuivants (quantités en parties par million p.p.m): pb: 6,3; Cu: 0,2; Cd: 60; Zn: go0 Fe: 0,2 Un certain nombre de procédés ont été proposés pour in- solubiliser ces cendres volantes d'incinération, par exemple en leur ajoutant de la chaux en quantités importantes, ou encore du ciment ou des mélanges de ciment et de silicate de sodium. Les compositions obte- nues, par de tels traitements, sonttrès basiqueslpH supérieur générale- ment à 12) et ont tendance à solubiliser des éléments tels que notam- ment le plomb et le zinc. Un autre inconvénient peut survenir, à savoir la production intempestive d'hydrogène selon la réaction: OH- + H20 + Al --- A102 +3/2 H2 Dans le but d'obvier à ces inconvénients dus en grande partie & la forte basicité des CV traitees,le demandeur a effectué de nombreuses expérimentations destinées à transformer les CV en produits pratiquement insolubles dans 1l'eau etfaciles a agglomérer en masses inertes, non toxiques, ou encore apteSà être uttilisée; dans des bétons. 2 2644372 Il a tout d'abord été trouvé, de façon surprenante, que l'on pouvait obtenir des. produits présentant les caractéristiques susvisées en additionnant à la CV une faible quantité d'eau de façon à obtenir un mortier ou une pâteou mieux,une masse simple- ment humectée d'eau de façon homogène., Pour parvenir à un humectage convenable, on peut opérer en malaxeur ou sur une bande transporteuse o circule la CV., sur laquelle on asperge au moins une partie de l'eau nécessaire. Cette quantité d'eau peut varier géné- ralement entre les limites de 1ú à 35 % du poids de la CV mais elle s'avère souvent voisine de tÈ A 18 %. Conformément à une intéressante mise en oeuvre du pro- cédé de l'invention, au lieu d'utiliser, de l'eau ordinaire. on peut employer une eau non épurée comme par exemple: une eau de surface ou souterraine, une eau résiduaire, une boue de station d'épuration des eaux ou encore des lessivats de décharge. Après traitement dans les conditions précitées, le mélange obtenu n'émet plus de poussières et il est compacté soi- gneusement sous forme de parpaings ou autres ou encore par un des engins utilisés dans les travaux publiques. Selon une variante, on peut aussi extruder de tels mélanges. Il a pu être constaté, lors de ces opérations d'humec- tage de la CV et par diverses analyses -notamment par diffraction aux rayons X- que l'eau ajoutée à la CV se comportait comme un véritable réactif, avec formation, notam- ment de gehlenite de formule: (CaO)1 A1203, Si02, 8H20, et d'alumi- nate (CaO)4, A1203, 13 H 01l'eau additionnée devenant en partie de l'eau de constitution de ces produits. Les résultats d'expérimentation, résumés dans le tableau 1 ci-après, montrent que la lixiviation, selon la norme DIN 38414, pour une CV de pH environ 7,6 traitée selon l'invention, est considérable- ment diminuée: Tableau 1 Métaux Pb Cu Cd Zn Fe Rapport Eau CV avant traitement 6.3 0,2 60 900 0,2 0 &pfès traitement.0, traitement 0,4 0,1 1,5 0,1 0,30 0,35 ZO,1 0,1 0,1 0,15 Les valeurs indiquées ci-dessus sont exprimées en ppm de métaux. farorise Comme on peut le constater, un rapport eau/CV faibleala fixation des éléments polluants. Ce rapport correspond en général à un minimum de 0,13 à 0,14 mais il peut encore être légèrement abaissé par l'utilisation d'agents fluidifiants tels que par exemple des lignosulfonates. Il a en outre été trouvé que, dans le cas assez fréquent, o l'on a affaire à des CV acides les résultats après lixiviation ainsi que la propension à obtenir des masses dures de déchets étaient encore améliorés lorsqu'on ajou- te à l'eau une petite quantité de chaux de façon i obtenir un pH maximum de 11,6 environ. En outre, la chaux peut être additionnée d'un produit à base de silice et/ou d'alumine. Les exemples ci-dessous illustrent ces divers perfec- tionnements selon l'invention. Addition de chaux a) On a ajouté à 158 kg de CV d'ordures ménagères 30 kg d'eau dans laquelle on avait disperséO,03 kg de chaux vive (CaO) soit 0,1 %. Apres compactage, on a obtenu un matériau de très bonne cohésion et pour lequel les résultats de lixiviation étaient les suivants: pH Pb Cu Cd Zn Fe Eau/CV 9 (0,4 b) On a ajouté à 133,3 kg de CV d'ordures ménagères 30 kg d'eau dans laquelle on avait dispersé 0,183 kg de Cao soit 0,137 %. Apres compactage du mélange on a obtenu un matériau de cohé- sion supérieure à celle du produit selon l'essai a) ci-dessus, la lixiviation étant en outre un peu plus faible, par exemple dans le cas du cadmium. 4. pH initial Pb Cu Cd Zn Fe Eau/CV 11,5 0,4 La résistance à la compression de matériau, après O20 jours, atteignait 7 mégaPascal (MPa). c) Dans cet exemple, la chaux apportée provenait d'un déchet d'épura- tion de fumées d'incinération (DEF). A 180 kg de CV d'ordures ménagères on a ajouté 50 kg d'eau dans laquelle on a dispersé7 kg de DEF (contenant environ 305 % de chaux dont une partie sous forme carbonaté4. On a obtenu un matériau d'aussi bonne cohésion que dans l'e:emple b) cl-dessus et avec des résultats suivants pour la lixiviateon (éléments toujours exprimas en ppm). pH initial Pb Cu Cd Zn Fe A1 Eau/CV+DEF 7,6 0,3 Addition d'une source de chaux et de silice On a ajouté à 100 kg de CV d'ordures ménagères 2 kg de CaO et 3 kg de CV de charbon (à titre de source de silice), ces ,3 0, 1 Addition d'une source de chaux et d'alumine On a ajouté à 158 kg de CV d'ordures ménagères' 30O kg d'eau résiduaire-de station d'épuration o l'on avait dispersé 8 kg de ciment alumineux contenant 38 % de CaO et 39 % d'A1203, Après com- pactage, le matériau avait une bonne cohésion et une excellente ré- sistance à la compression. Les résultats après lixiviattion sont résumés ci-dessous: pH initial Pb Cu Cd Zn ' Fe Eau/CV+autres 9 0,4 0,1 c0,1 0,1 0,1 0,18 En pratique, l'addition de chaux correspond à une fourchette d'environ 0,05 à 2 parties en poids pour 100 parties en poids de CV a traiter. Comme on a pu le voir d'après les exemples ci-dessus, la chaux peut être constituée par de la chaux vive ou éteinte ou encore par toute autre source de chaux telle que: ciment alumineux, résidus de fabrication d'acétylène, etc... La silice ajoutée peut être de la silice fossile (terre à diatomées), silice broyée, argile, cendre volante de charbon, pouzzolane broyée, déchets d'amiante, résidus de fabrication de ferrosiliciums etc.. Quant aux sources d'alumine elles peuvent également être diverses, comme par exemple, outre des ciments alumineux, les boues rouges utilisée pour 1'extrac- tion de l'alumine. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de cendres volantes d'incinéra- tion (CV) en vue d'obtenir des compositions solides, pratiquement insolubles dans l'eau et non polluantes, caractérisé en ce que les cendres sont mélangées à de petites quantités d'eau comprises entre 10 % et 35 % de leur poids, le produit obtenu étant ensuite compacté ou extrudé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie de l'eau est fournie par aspersion, l'autre partie étant ajoutée lors du mélange o.- malaxage des cendres. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'eau utilisée provient de sources choisies dans le groupe; eau de surface ou souterraine; eau ré- siduaire; boue de station d'épuration des eaux; lessivat de dé- charge. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on ajoute à l'eau, dans le cas de CV acides, de petites quantités de chaux de façon à amener le pH du produit à une valeur comprise entre 7,4 et 11,6. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la quantité de chaux est de 0,05 à 2 parties du poids de CV. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la chaux est associée à un produit renfermant de la silice et/ou de l'alumine. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les sources de chaux de silice et d'alumine sont choisies parmi des produits considérés comme des déchets tels que ceux issus des fabrications d'acétylènt, de ferrosiliciums; les boues rouges; des déchets d'épuration de fumées; et analogues.