Brevet FR2685226A1 — publié le 19930625

- La présente invention a pour objet un procédé pour stabiliser et solidifier les produits d'incinération d'ordures ménagères, les produits résultant de ce procédé et des produits pour sa mise en oeuvre. On sait que l'incinération des ordures ménagères s'accompagne d'un dégagement de fumées qui contiennent des éléments toxiques dangereux pour l'homme et son environnement. La toxicité de ces fumées résulte principalement du fait qu'elles contiennent ce que l'on désigne sous le terme de "cendres volantes" qui sont en l'espèce constituées par des résidus solides issus directement de la combustion des déchets Pour empêcher la pollution de l'air ambiant par de telles fumées toxiques, il est connu de les épurer à l'aide d'un dépoussiéreur qui recueille la quasi totalité des cendres volantes qu'elles contiennent. Dans la mesure du possible, les résidus d'incinération des ordures ménagères sont réutilisés ou valorisés de différentes manières. En particulier, il est connu de réaliser des remblais à l'aide d'un mélange de cendres volantes et de mâchefers. Cependant, les cendres volantes qui renferment des éléments fortement polluants peuvent être délavées par la pluie ou l'eau contenue dans le sol, ce qui représente un danger pour l'environnement en raison de la teneur élevée de ces cendres volantes en composés organiques comme les dioxynes et les furannes ou en métaux lourds tels que le plomb, qui est bien supérieure aux teneurs admissibles pour qu'elles soient autorisées à être déposées dans les décharges. En effet, le stockage de telles cendres volantes non traitées mélangées à d'autres déchets présente des risques de destabilisation des cendres du fait des nombreuses réactions chimiques qui peuvent se déclencher dans la décharge et conduire au dégagement d'hydrogène sulfuré, à la solubilisation des composés organiques et à la resolubilisation des métaux lourds. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un procédé simple et économique permettant la neutralisation des cendres volantes dans de bonnes conditions de sécurité. La présente invention a pour objet un procédé de stabilisation et de solidification de cendres résultant de l'incinération d'ordures ménagères, caractérisé par le fait qu'il consiste à les incorporer dans un liant aqueux formé principalement par une poudre d'un produit à base de laitier de haut-fourneau, tout en les mettant en présence d'oxyde de magnésium et d'un sulfate soluble à un p H compris entre 8 et 12 et de préférence entre 9,5 et 10,5. 2 - Selon l'invention, le sulfate soluble peut être soit apporté directement, soit obtenu in situ par exemple par réaction d'un carbonate alcalin ou d'un hydrogénocarbonate alcalin sur le sulfate de calcium qui est contenu dans les cendres. Conformément à l'invention, la proportion d'oxyde de magnésium est comprise par exemple entre environ 0,2 et 5 kg, et de préférence entre environ 0,4 et 4 kg pour 1 kg de sulfate soluble, exprimé en sulfate. Conformément à l'invention, la proportion d'oxyde de magnésium et de sulfate soluble est par exemple d'environ 5 à 120 kg, et de préférence d'environ 7 à 70 kg pour 100 kg de liant. Conformément à l'invention, 100 kg de cendres résultant de l'incinération d'ordures ménagères peuvent être par exemple mis en présence d'environ 5 à 100 kg et de préférence d'environ 10 à 70 kg du mélange de liant, d'oxyde de magnésium et de sulfate soluble. La présente invention a également pour objet le produit solide obtenu par mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comporte des cendres résultant de l'incinération d'ordures ménagères et des produits résultant des réactions chimiques entre ces cendres, l'oxyde de magnésium et le sulfate soluble à un p H compris entre 8 et 12 et de préférence entre 9,5 et 10,5, le tout étant incorporé dans un liant qui a fait sa prise et qui est formé principalement par une poudre d'un produit à base de laitier. On comprend que le produit obtenu selon l'invention est composé principalement de cendres volantes qui sont emprisonnées dans une matrice compacte continue et homogène présentant une bonne résistance mécanique et capable de retenir les polluants solubles tels que les chlorures ou les métaux lourds. Ces qualités de la matrice résultent des conditions favorables dans lesquelles le produit à base de laitier peut effectuer sa prise sans être perturbé par les éléments contenus dans les produits d'incinération d'ordures ménagères qui sont neutralisés par le sulfate et l'oxyde de magnésium. Le produit ainsi obtenu est stable et possède un p H élevé, ce qui garantit une très faible resolubilisation des métaux lourds puisque ce phénomène résulte principalement d'une diminution de la basicité du mélange. Par poudre d'un produit à base de laitier, on entend selon l'invention, par exemple du laitier de haut-fourneau broyé, du ciment de laitier de haut-fourneau, du ciment CHF ou toute autre poudre d'un produit contenant du laitier de haut-fourneau. 3 - Conformément à l'invention, le produit à base de laitier a par exemple des dimensions de grains inférieures à 200 pm et de préférence inférieures à 100 pm. Comme il a été indiqué ci-dessus, le sulfate soluble peut être soit apporté directement, soit obtenu par la réaction chimique d'une autre substance avec les cendres résultant de l'incinération d'ordures ménagères. La présente invention a également pour objet un produit pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. Selon un premier mode de réalisation, ce produit est constitué par le mélange d'un liant formé principalement par une poudre d'un produit à base de laitier, avec de l'oxyde de magnésium et un sulfate soluble à un pu compris entre 8 et 12 et de préférence entre 9,5 et 10,5, à raison d'environ 3 à 60 kg et de préférence d'environ 4 à 40 kg d'oxyde de magnésium, et d'environ 2 à 60 kg et de préférence d'environ 3 à 30 kg de sulfate soluble pour 100 kg de liant. Le sulfate soluble peut selon ce mode de réalisation être par exemple apporté sous forme de sulfate de magnésium, de potassium ou de sodium, ou sous forme d'hydrogénosulfate de sodium ou de potassium. Selon un second mode de réalisation, le produit pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus est constitué par le mélange d'un liant formé principalement par une poudre d'un produit à base de laitier, avec de l'oxyde de magnésium et un carbonate et/ou un hydrogénocarbonate alcalin, à raison d'environ 3 à 60 kg et de préférence d'environ 4 à 40 kg d'oxyde de magnésium, et d'environ 1 à 25 kg et de préférence d'environ 2 à 15 kg de carbonate ou d'hydrogénocarbonate alcalin pour 100 kg de liant. Ainsi, le sulfage de calcium (Ca SO 4) contenu dans la cendre volante qui est un sulfate peu soluble, est transformé par réaction avec le carbonate ou l'hydrogénocarbonate alcalin (M 2 C 03) en un sulfate soluble (M 2504) avec production de carbonate de calcium (Ca CO 3) comme l'indique la réaction chimique simplifiée suivante M 2 Co 3 + Ca SO 4 > M 2 SO 4 + Ca CO 3 Avantageusement, le carbonate alcalin est par exemple du carbonate de sodium ou de potassium, et l'hydrogénocarbonate alcalin est par exemple de l'hydrogénocarbonate de sodium ou de potassium. Selon une variante de l'invention, il est avangageux d'ajouter au mélange une quantité d'argile jusqu'à environ 20 % en poids du liant afin d'améliorer ses propriétés de rétention à l'égard des polluants. Il est également possible, selon une autre variante de l'invention, d'ajouter du charbon actif qui renforce l'action de rétention des produits organiques contenus dans les cendres. 4 - Selon une autre variante, on ajoute au mélange jusqu'à environ % en poids de f iller, par exemple du calcite, de la dolomie ou du kaolin, ce qui a pour effet de réduire la fraction soluble du produit obtenu sans altérer ses propriétés mécaniques et chimiques. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant plusieurs modes de mise en oeuvre donnés à titres d'exemples non limitatifs de la portée de l'invention. Exemple 1 Pour stabiliser et solidifier une tonne de cendres volantes résultant de l'incinération d'ordures ménagères, on la mélange intimement à une composition ayant la formule suivante Poudre de laiter de haut-fourneau 250 kg Sulfate de magnésium 25 kg Oxyde de magnésium 35 kg Eau 600 litres Argile 30 kg Filler (dolomie) 175 kg Après 7 jours, le mélange a une résistance de l'ordre de 40 à 60 bars, cette résistance est portée à 200 bars après 28 jours. La fraction soluble totale du produit solide obtenu est de l'ordre de 3 %, valeur qui est 10 fois inférieure à celle des cendres volantes initiales. Exemple 2 Pour stabiliser et solidifier une tonne de cendres volantes résultant de l'incinération d'ordures ménagères, on la mélange intimement à une composition ayant la formule suivante: Poudre de laitier de haut- fourneau 460 kg Oxyde de magnésium 60 kg Sulfate de magnésium 50 kg Eau 600 litres Charbon actif 15 kg La résistance à 7 jours du produit solide obtenu est de l'ordre de à 180 bars La résistance à 28 jours est d'environ 350 bars. La fraction soluble totale du produit solide obtenu est de 4 %. Exemple 3 Pour stabiliser et solidifier une tonne de cendres volantes, on la mélange au produit suivant Le sulfate soluble est ici obtenu in situ par réaction d'hydrogénocarbonate de sodium sur le sulfate de calcium contenu dans le déchet. 2685226 Laitier 250 kg Hydrogénocarbonate de sodium 18 kg Oxyde de magnésium 25 kg Eau 595 litres Argile 25 kg Filler (calcite) 150 kg La résistance à 7 jours du produit solide obtenu est d'environ 100 bars, sa résistance à 28 jours d'environ 300 bars. La fraction soluble totale est de 4 %. Il est bien entendu que les modes de mise en oeuvre qui ont été décrits ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils pourront recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de stabilisation et de solidification de cendres résultant de l'incinération d'ordures ménagères, caractérisé par le fait qu'il consiste à les incorporer dans un liant aqueux formé principalement par une poudre d'un produit à base de laitier de haut-fourneau, tout en les mettant en présence d'oxyde de magnésium et d'un sulfate soluble à un p H compris entre 8 et 12 et de préférence entre 9, 5 et 10,5. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la proportion d'oxyde de magnésium est comprise par exemple entre environ 0,2 et 5 kg, et de préférence entre environ 0,4 et 4 kg pour 1 kg de sulfate soluble, exprimé en sulfate. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la proportion d'oxyde de magnésium et de sulfate soluble est par exemple d'environ 5 à 120 kg, et de préférence d'environ 7 à 70 kg pour 100 kg de liant. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que 100 kg de cendres résultant de l'incinération d'ordures ménagères sont mises en présence d'environ 5 à 100 kg, et de préférence d'environ 10 à 70 kg du mélange de liant, d'oxyde de magnésium et de sulfate soluble. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que comme poudre de produit à base de laitier on utilise du laitier de haut-fourneau broyé, du ciment de laitier de hautfourneau, du ciment CHF, ou toute autre poudre d'un produit contenant du laitier de haut-fourneau. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le liant comporte de l'argile jusqu'à environ % en poids. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le liant comporte en outre du charbon actif. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé par le fait que le liant comporte en outre du filler jusqu'à environ 100 % en poids. 9 Produit solide obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des cendres résultant de l'incinération d'ordures ménagères et des produits résultant des réactions chimiques entre ces cendres, l'oxyde de magnésium et le sulfate soluble à un p H compris entre 8 et 12 et de préférence entre 9,5 et 10,5, le tout étant incorporé dans un liant qui a 6 - 7 - fait sa prise et qui est formé principalement par une poudre d'un produit à base de laitier. Produit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il est constitué par le mélange d'un liant formé principalement par une poudre d'un produit à base de laitier, avec de l'oxyde de magnésium et un sulfate soluble a un p H compris entre 8 et 12 et de préférence entre 9, 5 et 10,5, à raison de 3 à 60 kg, et de préférence d'environ 4 à 40 kg d'oxyde de magnésium, et d'environ 2 à 60 kg, et de préférence 3 à 30 kg de sulfate soluble, pour 100 kg de liant. 11 Produit selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le sulfate soluble est du sulfate de magnésium, de potassium ou de sodium, ou un hydrogénosulfate de sodium ou de potassium. 12 Produit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il est constitué par le mélange d'un liant formé principalement par une poudre d'un produit à base de laitier avec de l'oxyde de magnésium et un carbonate et/ou un hydrogénocarbonate alcalin, à raison d'environ 3 à 60 kg, et de préférence d'environ 4 à 40 kg d'oxyde de magnésium, et d'environ 1 à 25 kg, et de préférence d'environ 2 à 15 kg de carbonate ou d'hydrogénocarbonate alcalin pour 100 kg de liant. 13 Produit selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le carbonate alcalin est du carbonate de sodium ou de potassium et l'hydrogénocarbonate alcalin est de l'hydrogénocarbonate de sodium ou de potassium. 14 Produit selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre de l'argile, et/ou du charbon actif et/ou un filler.