Brevet FR2692825A1 — publié le 19931231

PROCEDE ET MACHINE POUR COMPACTER DES DECHETS CONTENANT DES MATIERES THERMOPLASTIQUES La présente invention concerne un procédé pour compacter des déchets contenant des matières thermoplastiques, notamment des déchets faiblement radioactifs, comprenant une étape de chauffage pour ramollir les matières thermoplastiques en vue de leur conditionnement sous une forme compacte. L invention concerne également une machine pour la mise en oeuvre de ce procédé. On essaie de plus en plus de récupérer les matières thermoplastiques usagées en vue de les recycler dans de nouveaux produits. Toutefois il y a de nombreux cas où une telle récupération n est pas possible économiquement, par exemple si les matières sont trop polluées ou altérées pour être réutilisées, ou si elles sont mélangées à d autres matières et que le tri serait trop coûteux. Les déchets de ce genre doivent alors être conditionnés dans des récipients en vue de leur transport et/ou de leur stockage. Ceci nécessite généralement un compactage, car les déchets ont une densité en vrac très faible qui entraîne un volume excessif et un trop grand nombre de récipients. Un exemple typique de déchets contenant des matières thermoplastiques est le cas des déchets résultant d'opérations de maintenance dans 1 industrie nucléaire. Ces déchets sont principalement composés de sacs ou d'habitus de protection en vynil, de bottes, de films divers en PVC, mélangés à des articles textiles ou en matières cellulosiques telles que le papier, le carton, le coton etc, ainsi que des déchets de bois, de laine de verre. Ces déchets sont susceptibles de présenter une certaine radioactivité et doivent être triés en fonction de leur classe d'activité. Les résidus faiblement radioactifs, ayant par exemple une activité inférieure à 200 mrem, sont généralement conditionnés dans des fûts métalliques en vue de leur stockage.Les quantités de déchets ainsi produites sont relativement importantes et le problème du volume volume de stockage est souvent difficile à résoudre. C'est pourquoi on soumet ces déchets à un compactage permettant, en définitive, d'obtenir une densité plus élevée à l'intérieur des fûts. A ce jour, les procédés suivants sont exploités industriellement, mais leurs performances sont encore insuffisantes - les procédés de déchiquetage permettent d'atteindre des densités comprises entre 0,3 et 0,5 t/m2, ce sont les procédés en vigueur actuellement pour le compactage des déchets faiblement radioactifs - les procédés de compactage de matières thermoplastiques les plus performants, utilisant une fusion ou un ramollissement de ces matières, offrent des possibilités de compactage allant jusqu a une densité de 0,8 à 0,9 t/m2. La présente invention a pour objet un procédé et une machine du genre indiqué en préambule, permettant d'atteindre un plus grand degré de compactage des déchets que les procédés connus susmentionnés, avec des moyens simples et utilisables aisément même si les déchets sont légèrement radioactifs. Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on broie les déchets pendant 1' étape de chauffage. Ainsi, on effectue simultanément un broyage des déchets, ayant pour effet de briser les éléments solides qu'ils contiennent et de les comprimer pour éliminer des vides, et un chauffage qui ramollit ou fait fondre les matières thermoplastiques, qui sont pétries par le broyage et qui tendent donc à remplir les vides subsistant encore dans la masse. Cette masse chauffée est ramollie et peut alors être conditionnée sous une densité maximale, notamment être coulée dans un récipient. Dans une forme avantageuse du procédé, les déchets contiennent des matières non thermoplastiques, notamment des matières cellulosiques. Dans 1' étape de chauffage, les déchets sont portés de préférence à une température comprise entre 600C et 1000C. Après l'étape combinée de chauffage et de broyage, le procédé peut avantageusement comporter ensuite une étape de conditionnement dans laquelle les déchets broyés et ramollis sont déversés dans un récipient chauffé. Une vibration est appliquée audit récipient pendant qu'il reçoit les déchets. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, un autre aspect de l'invention concerne une machine de compactage thermo-mécanique de déchets contenant des matières thermoplastiques, caractérisée en ce qu'elle comporte une cuve sensiblement circulaire à axe vertical ou incliné, pourvue d'une paroi périphérique intérieure, d'une ouverture d' alimentation pour les déchets et d'un orifice inférieur de sortie, un rotor à axe parallèle et excentrique par rapport à l'axe de la cuve.Ce rotor étant agencé pour être placé dans la cuve de façon à former dans celle-ci une zone de broyage où une partie d' une surface périphérique du piston est adjacente à ladite paroi périphérique de la cuve, des moyens de chauffage pour chauffer au moins la paroi périphérique de la cuve dans la zone de broyage, et des moyens de réception disposés en dessous de l'orifice de sortie pour recevoir les déchets broyés et compactés à chaud sortant de la cuve. Une forme de réalisation préférée de la machine comporte des moyens de déplacement orbital produisant un déplacement circulaire de l'axe du rotor autour de l'axe de la cuve pendant la rotation du rotor. Une autre forme de réalisation de la machine peut comporter des moyens de déplacement orbital produisant un déplacement circulaire de l'axe de la cuve autour de l'axe du rotor pendant la rotation du rotor. Le rotor peut avantageusement être supporté par une console mobile en translation parallèlement à l'axe de la cuve et supportant les moyens d'entraînement en rotation du rotor. De préférence, ladite paroi périphérique de la cuve est métallique et lesdits moyens de chauffage sont du type à induction. Dans une forme de réalisation particulière, la cuve est mobile en translation parallèlement à son axe. Les moyens de réception peuvent comporter une coquille chauffante agencée pour contenir un fût amovible en dessous de l'orifice de sortie de la cuve. De préférence la coquille chauffante comporte un chauffage à induction, le fût amovible étant un fût métallique. Cette coquille chauffante peut être mobile horizontalement entre une position de travail où le fût se trouve en dessous de la cuve et une position de chargement où le fût peut être introduit et/ou évacué par dessus la coquille. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante d' une forme de réalisation d'une machine de compactage selon l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en élévation représentant la machine de compactage dans une position haute, - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, montrant la machine de compactage dans une position de travail, - la figure 3 est une vue analogue aux figures 1 et 2, montrant la machine de compactage dans une position de repos à encombrement minimal, - la figure 4 est une vue schématique illustrant le fonctionnement de la machine dans sa position de travail et, - la figure 5 est une vue en plan d' une partie de la machine, illustrant la cinématique et les moyens d'entraînement du rotor. En référence aux figures 1 à 3, la machine de compactage thermomécanique comprend principalement les sous-ensembles suivants : un bâti 1 ; un four à induction 2 comprenant une cuve métallique 3 pourvue d'une trémie d'alimentation 4 et d'un orifice inférieur de sortie 5, la cuve 3 ayant un axe vertical 6 ; un rotor 7 tournant autour d'un axe vertical 8 excentrique par rapport à l'axe 6 de la cuve ; une coquille de préchauffage 9 pour un fût métallique 10 destiné à contenir les déchets compactés ; et un ensemble de commandes 11 assurant le fonctionnement d'ensemble de la machine. Le rotor 7 est suspendu à une potence comprenant un fût télescopique 12 et une console 13 qui contient les moyens d'entraînement du rotor 7 et qui peut monter ou descendre avec le rotor.Dans cet exemple, le four 2 est également mobile en translation verticale le long du fût 12, comme on le décrira plus loin. La coquille de préchauffage 9 est mobile horizontalement entre sa position de travail de la figure 2, en dessous du four 2, et une ou plusieurs positions de chargement où l'on peut extraire le fût 10 vers le haut et le remplacer par un fût vide. Les figures 4 et 5 montrent plus en détail les principaux éléments de la cuve 3 du four à induction et du rotor 7 travaillant dans cette cuve. La cuve 3 comporte une paroi périphérique 20 en acier comprenant une partie cylindrique 20a et une partie inférieure tronconique 20b se terminant par un orifice de sortie 21. La paroi 20 et l'orifice 21 sont centrés sur l'axe 6 de la cuve et sont entourés par un dispositif de chauffage à induction 22 qui permet de chauffer la paroi 20 à une température bien déterminée. Les organes de commande, d'alimentation et de régulation d'un tel dispositif sont bien connus ; ils sont logés dans l'ensemble de commande 11. Le rotor 7 est formé principalement par un piston rotatif à section circulaire qui est entraîné en rotation autour de son axe 8 excentrique par rapport à la cuve 20, pendant que l'axe 8 du rotor décrit un cercle autour de l'axe 6 de la cuve. Ainsi, une partie de la surface périphérique du rotor 7 se trouve près de la paroi périphérique 20 de la cuve, dans une zone de broyage 23 où l'intervalle entre ces deux parois est très réduit. A cet effet, la surface du rotor 7 comprend une partie cylindrique 7a et une partie tronconique 7b dont les profils verticaux correspondent respectivement à ceux des parties 20a et 20b de la paroi de la cuve. Au-dessus de la partie cylindrique 7a, la paroi du rotor présente une partie tronconique 7c évasée vers le bas et formant un biais d' entrée 24 pour les matières à broyer.Le rotor 7 peut être constitué de galets de compactage fixés sur un arbre vertical monté en porte-à-faux dans la console 13. (Prière de nous fournir une figure 4 complétée, montrant schématiquement les principaux éléments du four à induction 2 et la structure qui le supporte, ainsi que les moyens d' entraînement du rotor dans la console 13) La figure 5 montre schématiquement la cinématique du rotor 7, vue du dessus, par rapport à la position de l'axe 6 et de la paroi 20 de la cuve. Le rotor et ses organes d'entraînement sont supportés par une structure de la console 13 comprenant deux bras parallèles 26 et une plaque de base horizontale 27 fixée au bras 26. L'arbre 25 du rotor est entraîné en rotation dans le sens indiqué par la flèche A au moyen d'un premier moteur 28 et d' un réducteur flottant 29.Pour qu'il ne tourne pas, ce dernier est pourvu d'un bras 30 relié à la plaque de base 27 par une biellette 31 pourvue d'articulations 32 et 33, ce qui permet au réducteur 29 de suivre le déplacement de l'axe excentrique 8 autour de l'axe 6. Ce déplacement est produit au moyen d'une couronne dentée 34 entraînée dans le sens de la flèche B par un second moteur 35 par l'entremise d'un réducteur fixe 36. Ainsi, le rotor 7 effectue, à l'intérieur de la cuve stationnaire, un mouvement orbital au cours duquel la zone de broyage se deplace tout autour de la cuve. De préférence, la vitesse de rotation du rotor dans le sens de flèche A est légèrement supérieure à la vitesse résultant de son déplacement dans le sens de la flèche B, afin que les matières broyées soient soumises à un cisaillement. La machine fonctionne de la manière suivante. Le fût récepteur 10, par exemple un fût ordinaire de 200 litres en acier, est inséré verticalement dans la coquille de préchauffage à induction 9, où il est porté à une température de l'ordre de 60 à 900C. Ce préchauffage a pour but principal de maintenir le futur contenu du fût à une température où les matières thermoplastiques sont visqueuses. Par exemple, pour les matières à base de vynil, cette température est comprise entre 60 et 900C. Le fût 10 est ensuite amené sous le four 2 mis dans la position de travail de la figure 2.Les déchets préalablement triés et emballés dans des sacs sont indroduits dans la trémie 4 de chargement du four, dont la paroi 20 est chauffée à une température égale ou supérieure au point de ramollissement des matières thermoplastiques contenues dans les déchets, c' est-à-dire généralement entre 60 et 1000 C. Dans la cuve 3, le mouvement rotatif et orbital du rotor 7 happe les déchets, les broie contre la paroi chauffée 20 et assure leur compactage comme on l'a expliqué plus haut, tandis que les déchets descendent progressivement par gravité jusqu' à l'orifice de sortie 21 pour tomber à l'état pâteux dans le fût 10. De préférence, le fût repose sur un dispositif vibrant au fond de la coquille 9, ce qui assure la répartition de la masse pâteuse dans le fût et l'élimination des bulles de gaz qui pourraient s'y trouver. On notera que les bords supérieurs du fût 10 peuvent être raccordés à l'orifice de sortie 21 de la cuve par un manchon souple (non représenté) permettant une récupération de toute émanation de gaz ou de poussière, notamment en cas de traitement de produits légèrement radioactifs. Ainsi, on remarque que la machine selon l'invention combine l'utilisation de deux méthodes de traitement des déchets - une fusion ou un ramollissement de tous les déchets à base de matières thermoplatiques (par exemple PVC, polyéthylène, élastomères, etc) ce qui permet de réduire ces matières sous la forme d'une galette dont la densité est proche de la densité des matières elles-mêmes, généralement de 1,3 à 1,5 t/m3 - un broyage et un compactage de l'ensemble des composants des déchets et en particulier des matières non thermoplastiques, telles que le verre ou les matières cellulosiques (papiers, buvards, chiffons, cartons, bois, textiles, fibres diverses, etc) dont les broyats se retrouvent emprisonnés dans la matrice en matière thermoplastique fondue. En conséquence, il est possible d'obtenir un remplissage complet du fût 10, avec une masse dont la densité peut être de l'ordre de 1,3 à 1,5 t/m3, c' est-à-dire environ quatre fois plus élevée que la densité obtenue avec des procédés usuels. La présente invention n' est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier. En particulier, on notera que la position stationnaire de la cuve 3 du four 2 pendant le travail permet d'obturer cette cuve par un couvercle 40 (figure 2) fixé à la console 13, pour éviter toute dissémination de produits polluants susceptibles de se dégager lors du chauffage et du broyage. Si un tel risque n'est pas à craindre, on peut prévoir une variante mécaniquement plus simple, dans laquelle le rotor 7 n'a pas de mouvement orbital, son axe 8 étant fixe, tandis que c'est l'axe 6 de la cuve qui effectue un déplacement circulaire autour de 1' axe du rotor. Bien d' autres formes de réalisations particulières de la machine peuvent être prévues en fonction des applications spécifiques, notamment pour extruder à travers une filière la masse pâteuse en sortie du four, par exemple pour en faire des éléments profilés ou des granulés. Dans tous les cas, la combinaison du broyage et du chauffage permet de traiter les déchets à des températures nettement inférieures à celles qui sont nécessaires pour une simple fusion. Revendications 1. Procédé pour compacter des déchets contenant des matières thermoplastiques ou cellulosiques, notamment des déchets faiblement radioactifs, comprenant une étape de chauffage pour ramollir les déchets en vue de leur conditionnement sous une forme compacte, caractérisé en ce que l'on broie les déchets pendant l' étape de chauffage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans 1' étape de chauffage, les déchets sont portés à une température comprise entre 600C et 1000C. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte ensuite une étape de conditionnement dans laquelle les déchets broyés et ramollis sont déversés dans un récipient chauffé. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu une vibration est appliquée audit récipient pendant qu'il reçoit les déchets. 5. Machine de compactage thermomécanique de déchets contenant des matières thermoplastiques ou cellulosiques, pour la mise en oeuvre du procédé, selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comporte une cuve (3) sensiblement circulaire à axe vertical (6) ou incliné, pourvue d'une paroi périphérique intérieure (20), d'une ouverture d'alimentation (4) pour les déchets et d'un orifice inférieur de sortie (21), un rotor (7) à axe parallèle et excentrique par rapport à l'axe de la cuve, ce rotor étant agencé pour être placé dans la cuve (3) de façon à former dans celle-ci une zone de broyage (23) où une partie (7a, 7b) d'une surface périphérique du piston est adjacente à ladite paroi périphérique (20) de la cuve, des moyens de chauffage (22) pour chauffer au moins la paroi périphérique de la cuve dans la zone de broyage, et des moyens de réception (9, 10) disposés en dessous de l'orifice de sortie pour recevoir les déchets broyés et compactés à chaud sortant de la cuve. 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de déplacement orbital produisant un déplacement circulaire de l'axe (8) du rotor autour de l'axe (6) de la cuve pendant la rotation du rotor (7). 7. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de déplacement orbital produisant un déplacement circulaire de l'axe (6) de la cuve autour de l'axe (8) du rotor pendant la rotation du rotor (7). 8. Machine selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le rotor est supporté par une console (13) mobile en translation parallèlement à l'axe de la cuve et supportant les moyens d' entraînement en rotation du rotor. 9. Machine selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que ladite paroi périphérique (20) de la cuve est métallique et en ce que lesdits moyens de chauffage (22) sont du type à induction. 10. Machine selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que la cuve (3) est mobile en translation parallèlement à son axe. 11. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de réception comportent une coquille chauffante (9) agencée pour contenir un fût amovible (10) en dessous de l'orifice de sortie de la cuve. 12. Machine selon la revendication 11, caractérisée en ce que la coquille chauffante (9) comporte un chauffage à induction, le fût amovible (10) étant un fût métallique. 13. Machine selon les revendications 10 et 11, caractérisée en ce que la coquille chauffante (9) est mobile horizontalement entre une position de travail où le fût (10) se trouve en dessous de la cuve (3) et une position de chargement où le fût peut être introduit et/ou évacué par dessus la coquille.