Brevet FR2651045A1 — publié le 19910222

La presente invention a pour objet un procédé de reprise des tas de stockage des cendres volantes de charbon, notamment de centrales aux combustibles fossiles solides, ainsi qu'un dispositif pour mettre en oeuvre ledit procédé. Les cendres de centrales électriques présentent une granulométrie et une composition qui les rendent propres à leur utilisation dans les ciments hydrauliques et dans les bétons. Jusqu'à présent, on a utilisé les cendres immédiatement après la combustion des charbons sans stockage intermédiaire et sans que les cendres soient mises en contact atec l'eau ou soumises aux intempéries. Toutefois, cette utilisation reste très limitée en raison notamment de l'utilisation croissante des centrales à charbon pour satisfaire la surconsommation en période de pointe. De ce fait, la plus grande partie des cendres est mise en tas, exposée aux intempéries, constitue des rejets encombrants et était réputée jusqu présent inutilisable. C'est pourquoi. un des buts de la présente invention est de fournir un procédé et un dispositif pouvant restaurer les propriétés des cendres volantes ainsi stockées et leur permettre d'etre utilisées à nouveau pour les utilisations dans les ciments et bétons. Ce but et d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints au moyen d'un procédé de traitement des cendres volantes de charbon après stockage, notamment en vue de leur utilisation pour fabriquer du béton ou du ciment hydraulique, comportant les étapes suivantes a) mélange desdites cendres avec une phase aqueuse dont le pH est inférieur à 8, de préférence à 6 ; b) attrition én pulpe du melange issu de l'étape a) jusqu'à obtention d'une granulométrie voisine de celle des cendres au moment de leur récupération après combustion du charbon c) mesure du taux de solide de la pulpe après l'étape b) d) ajustement éventuel du taux d-e solide pour.l'amener à la valeur désirée. Il convient de rappeler que les cendres volantes lorsqu'elles ne sont pas immédiatement utilisées sont en général abattues hydrauliquement, et forment des pulpes ou des pâtes qui sont stockées en décharge, alors qu'elles sont récupérées à sec lorsqu'on les destine à une utilisation dans les ciments hydrauliques ou dans le béton. Dans cette application, elles sont mises en pulpe au dernier moment. Ces opérations ainsi que leur stockage les fait s'agglomérer, former des croûtes dont les caractéristiques varient au cours du temps et finalement les fait prendre en masse. A ce jour, à la connaissance des déposants, personne n'était parvenu à utiliser les cendres ainsi stockées pour un usage dans l'industrie du béton ou des ciments. En effet, il était admis que les qualités de ces cendres volantes, qui étaient particulièrement bien adaptées à l'utilisation dans les bétons et dans les ciments hydrauliques, étaient dues notamment à leur propriété chimique et à leur propriété de rhéologie, cette dernière propriété dépendant des propriétés de granulométrie et de surface. L'ensemble de ces propriétés paraissait très altéré par le stockage à l'air libre de ces cendres. Au cours de l'étude qui a mené à la présente invention, il a été montré qu'il était possible de restaurer la-granulométrie initiale par mise en suspension et en soumettant la pulpe ainsi obtenue à l'action d'ultra-sons jusqu'à ce que la granulométrie ne varie plus On n'a pu déceler aucune différence significative entre les granulométries initiales et celles obtenues par mise en pulpe et traitement au moyen d'ultra-sons, et ce, malgré-une humidité des cendres comprise entre 15 et 35 9o. Ainsi, il est possible de mettre en oeuvre l'attrition b) selon l'invention au moyen d'ultra-sons. Toutefois, ce procédé est à la fois coûteux en investissement et en frais de fonctionnement, c'est la raison pour laquelle un procédé de substitution a dû être mis au point. Les techniques d'attrition sont connues dans des domaines différents de celui de l'industrie cimentière. En particulier, I'attrition a été utilisée dans le traitement des minerais de nickel, de type garnieritique. Dans ce type de procédé, il s'agissait de créer des fines en utilisant la propriété que les parties les plus friables étaient en général le plus riches en nickel. La récupération des parties les plus fines conduit à un minerai enrichi de nickel. Selon la présente invention, il s'agit au contraire d'éviter de crier des surfaces nouvelles par attrition et par conséquent, de créer de nouvelles fines. Il s'agit pour l'essentiel de retrouver la granulométrie initiale. Pour ce faire, il est préférable de ne pas créer trop de fines et de mener l'attrition en temps notamment, de manière que par rapport à la granulométrie initiale (c'est-à-dire à la granulométrie obtenue par traitement aux ultra-sons), le d90 ne décroîsse pas de plus de 10 o, avantageusement de 5 o ou de préférence de 106. On peut rappeler que dx, où x est compris entre 1 et 100, est la plus petite maille laissant passer x 96 en poids du produit. Ainsi, le d80 est la plus petite maille laissant passer 80 % du produit. En menant le procédé de cette manière, il est possible, d'obtenir des pulpes, ou des coulis selon la terminologie employée dans le domaine technique de l'industrie cimentière que l'on puisse injecter dans les appareils à béton ou à ciments hydrauliques. Il est préférable qu'après ajustement de la teneur en eau à une valeur comprise entre 4G à 80 oÓ, de préférence 50 à 70 ó de la masse de solide, la fluidité mesurée selon la technique décrite dans la norme AFNOR P 18-358 (7-85), présente une valeur comprise entre 5 et 15 secondes, de préférence entre 8 et 13 secondes. Le coulis ainsi obtenu a des propriétés tout à fait similaires à celles obtenues avec des cendres volantes n'ayant subi aucun stockage. Pour obtenir de bons résultats, il est préférable que les cendres aient une teneur en silice entre 30 et 70 0o en poids. Il est également préférable que leur surface spécifique soit au moins égale à 500 cm2, avantageusement à 1000 cm2, de préférence - à 2000 cm2/g. Il est préférable que la teneur en carbone, c'est-à-dire en imbrûlé, soit au plus égale à 7 96, de préférence au plus égale à 5 O. La teneur en sulfate est avantageusement au plus égale à 4 06, de préférence au plus égale à 2 Ó. Ax antageusement, la granulométrie est telle que le d95 soit au plus égal à 100 micromètres (les zéros ici ne sont pas des chiffres significatifs) et le d 10 est inférieur à 15 microns, de préférence à 5 microns. Il est avantageux que le taux de solide dans la pulpe soit supérieur au taux de solide du coulis désiré, de manière à pouvoir faire l'ajustement à addition d'eau. Il est également souhaitable pour améliorer l'efficacité de l'attrition que le taux de solide soit compris entre 35 et 752 en masse. Quoiqu'en général cela ne soit pas nécessaire, ni même avantageux, il est possible d'ajouter tous les agents dispersants, qu'ils soient ioniques ou non ioniques, dans le milieu pour faciliter le retour vers la granulométrie initiale. Les dispositifs utilisables pour mettre en oeuvre la . présente invention, peuvent être les dispositifs mis au point dans l'industrie miníère. On peut en particulier utiliser les dispositifs mis au point pour l'enrichissement des minerais garnieritique de nickel. Toutefois, selon la présente invention, il a été mis au point des dispositifs convenant particulièrement bien à l'emploi spécifique, c'est-àdire dispositifs qui évitent une trop grande ségrégation et maintien en suspension des éléments constitutifs du coulis, un dispositif qui permet une mesure aisée du taux de matière solide (qui ici est assimilé au taux de matière sèche) dans la pulpe. Ce but et d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints au moyen d'un dispositif pour le traitement et la mise en pulpe de cendres volantes, susceptible de mettre en oeuvre le procédé, comportant a) un moyen de comminution primaire 4 équipé d'une unité fonctionnelle de tri granulométrique 6 b) un ensemble fonctionnel 7 d'attrition desdites cendres volantes; c) un moyen 8 d'alimentation en eau dudit ensemble fonctionnel 7 d) un moyen d'évacuation 12 de la pulpe produite par ledit ensemble fonctionnel 7. Afin de pouvoir suivre l'évolution des taux de matière solide. malgré la grande variabilité des cendres volantes stockées en ce qui concerne leur taux d'humidité, il est souhaitable d'équiper le dispositif selon la présente invention d'un ensemble fonctionnel de mesure de la masse spécifique de la pulpe. Le dispositif selon la présente invention comporte de préférence, en outre. des moyens de stockage de cendres 1 et des moyens d'alimentation 2 du système de comminution primaire 4. Le dispositif selon la présente invention, comporte avantageusement des moyens de stockage 9 de la pulpe ainsi produite. Il est avantageux que ces moyens de stockage permettent d'éviter des décantations des cendres volantes ainsi mises en pulpe. On peut utiliser en général des dispositifs du même type que ceux utilisés pour l'attrition. Avantageusement, les moyens de stockage de cendres I sont une trémie de stockage, les moyens d'alimentation 2 sont constitués par un élévateur à vis motorisé et le moyen de comminution primaire 4 est un broyeur à couteaux équipé drun magasin d'approision- nement 3. Le dispositif peut comporter en outre des moyens pour réguler l'alimentation du magasin 3, en fonction du niveau des cendres dans ledit magasin.Parmi les ensembles fonctionnels d'attrition 7, il convient d'indiquer les malaxeurs Vortex de forme cylindroconique équipés d'un groupe motopompe 10 à grand débit aspirant la pulpe dans là partie inférieure du sommet du cône du malaxeur et le rejetant à grande vitesse, par une ouie tangentielle dans sa partie cylindrique, permet une attrition restant dans de très bonnes conditions à granulométrie initiale. L'ouîe tangentielle est bien sûr orientée de manière à alimenter le Vortex. Sans que cette mise en oeuvre soit limitative, le dispositif décrit ci-après donne particulièrement bien satisfaction pour traiter les cendres humides en provenance des centrales électriques au charbon. La description qui suit se réfère essentiellement à la figure I qui est une vue en élévation schématique avec coupe partielle. Une trémie de stockage de cendres volantes pouvant être approvisionnée par tout moyen de manutention mécanique, équipée d'un élévateur à vis 2, motorisé, qui permet d'alimenter un magasin d'approvisionnement 3 d'un broyeur à couteaux 4. Un dispositif 5 d'arrêt de fonctionnement de la vis en fonction du niveau de cendres brutes dans le magasin 3 permet de réguler l'alimentation. Un dispositif "brise voûte" 3-1 entraîné mécaniquement par - le moto-réducteur de la commande à vis permet d'éviter les accumulations de matière de la trémie. Le broyeur à couteaux est motorisé à l'aide d'une grille 6 pour éliminer les particules de taille trop importantes. Le broyeur à couteaux alimente le malaxeur Vortex 7. Ce broyeur à couteaux peut éventuellement être équipé d'un variateur de -vitesse, permettant de régler le débit en cendre. Par ailleurs, un réservoir de stockage d'eau 8 permet d'alimenter le malaxeur Vortex en quantité définie d'eau qui sert à la formation de la pulpe. Ce réservoir 8 est équipé de deux vannes motorisées 8-1 assurant le remplissage et la vidange du réservoir. Le malaxeur Vortex 7 assure le mélange intime de la cendre broyée 8 par le broyeur 4 ci-dessus, avec l'eau provenant du réservoir 8. Le malaxeur Vortex de forme cylindroconique est équipé d'un groupe moto pompe 10 à grand débit, aspirant le coulis dans la partie inférieure au sommet du cône du malaxeur et le rejetant à grande vitesse par une oule tangentielle dans sa partie cylindrique. De plus, la roue de la pompe est munie d'un dispositif à ailettes 11, favorisant la création du Vortex et assurant l'amorçage de la roue après un arrêt prolongé ayant provoqué la décantation du coulis -de cendr.e. Un dispositif automatique de transfert du coulis 12 du malaxeur Vortex 7 vers le réservoir de stockage Vortex 9 permet de transférer la pulpe produite par le malaxeur 7, une fois cette dernière produite. Ce dispositif peut être composé de deux vannes motorisées asservies à un automate programmable. Le réservoir de stockage Vortex 9 permet d'ajuster la teneur en matière solide de la pulpe, ce réservoir est de forme similaire à celle du malaxeur et est équipé d'un groupe moto pompe 14 à grand débit aspirant le coulis dans la partie inférieure du sommet du cône et le refoulant au moyen d'une conduite de distribution au point d'utilisation, au travers d'une vanne à 3 voies 15 motorisée de section appropriée au débit distribué permettant soit la distribution au poste d'utilisation 16 pour fabriquer le béton, soit le retour au réservoir de stockage 9 à grande vitesse par une oule tangentielle dans sa partie cylindrique. I1 est possible de prévoir un branchement spécial sur cette conduite pour dériver une partie sensiblement constante du débit de la pompe, vers une oule tangentielle entretenant le Vortex pendant les périodes de distribution du coulis dans le réservoir de stockage. Un contrôleur-régulateur de la masse volumique, ou masse spécifique, du coulis de cendres est avantageusement placé dans le malaxeur ou réservoir Vortex. Ce contrôleur-régulateur peut être ou bien un dispositif fonctionnant par la mesure de la pression dynamique appliquée en un point défini du Vortex par la pulpe, ou bien, on peut utiliser des systèmes plus classiques situés à l'extérieur des dispositifs de type Vortex Des dispositifs tels que granulomètres et autres éléments permettant d'analyser la constitution physique ou chimique de la pulpe peuvent entre adjoints au dispositif. L'ensemble des mesures peut être transmis à un automate programmable qui peut déterminer la marche optimum pour produire un coulis de viscosité et de densité déterminée. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des cendres volantes de charbon après stockage. notamment en vue de leur utilisation pour fabriquer du béton ou du ciment hydraulique, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes a) mélange desdites cendres avec une phase aqueuse dont le pH est inférieur à 8, de préférence- à 6 ; b) attrition en pulpe du mélange issu de l'étape a) jusqu'à obtention d'une granulométrie voisine de celle des cendres au moment de leur récupération après combustion du charbon c) mesure du taux de solide de la pulpe après l'étape b) d) ajustement éventuel du taux de solide pour l'amener à la valeur désirée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étape b) est réalisée avec un taux de solide de la pulpe compris entre 30 et 75 B de la masse du milieu aqueux. 3. Procédé selon l'une des revendications I et 2, caractérisé par le fait que le d95 ne décroît pas de plus de 10 ó, avantageusement de 5 de préférence de I Oc par rapport à la granulométrie des cendres au moment de leur récupération après combustion du charbon. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'étape b) est réalisée à l'aide d'ultra-sons. 5. Dispositif pour le traitement et la mise en pulpe de cendres volantes, susceptible de mettre en oeuvre le p.rocédé selon l'une des revendications I à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte a) un moyen de comminution primaire (4) équipé d'une unité fonctionnelle de tri granulométrique (6) b) un ensemble fonctionnel (7) d'attrition desdites cendres volantes c) un moyen (8) d'alimentation en eau dudit ensemble fonctionnel (7); d) un moyen d'évacuation' (12) de la pulpe produite par son ensemble fonctionnel (7). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un. ensemble fonctionnel de mesure de la masse spécifique de la pulpe. 7. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens de stockage de cendres (I) et des moyens d'alimentation (2) du système de comminution primaire (4). 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens de stockage (9) de la pulpe ainsi produite. 9. Dispositif selon l'une des revendications I à 8, caractérisé par le fait que lesdits moyens de stockage de cendres (1) sont une trémie de stockage, par le fait que les moyens d'alimentation (2) sont constitués par un élévateur à vis motorisé et par le fait que le moyen de.comminution primaire (4) est un broyeur à couteaux équipé d'un magasin d'approvisionnement (3). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens de réguler l'alimentation du magasin (3), en fonction du niveau des cendres dans ledit magasin (3). 11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé par le fait que ledit ensemble fonctionnel d'attrition (7) est un malaxeur vortex forme cylindroconique équipé d'un groupe moto pompe (10) à grand débit, aspirant la pulpe dans la partie inférieure du sommet du cône du malaxeur et le rejetant à une grande vitesse par une oule tangentielle dans sa partie cylindrique. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que ledit - groupe moto pompe comporte une roue munie d'ailettes (11) favorisant la création du Vortex. 13. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 12, caractérisé par le fait que ledit moyen de stockage de la pulpe (9) est un réservoir de type Vortex équipé d'un groupe moto pompe (14) aspirant la pulpe dans la partie inférieure du sommet du cône et le refoulant au moyen. de conduite - de distribution au point d'utilisation au travers d'une vanne à 3 voies (15) permettant soit la distribution au poste d'utilisation (16) soit le retour au réservoir de stockage (9) par une oule tangentielle dans la partie cylindrique dudit réservoir de stockage Vortex (9). 14. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 13, caractérisé par le fait que ledit ensemble fonctionnel de mesure de masse spécifique est la masse spécifique par la pression dynamique exercée en un point précis du Vortex.