Brevet FR2693927A1 — publié le 19940128

PROCEDE ET APPAREILLAGE POUR L'OBTENTION DE MATERIAUX MOULES STABILISES A PARTIR DE DECHETS La présente invention a trait au domaine du traitement, par solidification, des déchets de diverses natures en vue d'obtention de matériaux inertes, aptes à être stockés sur un site approprié. Elle concerne plus particulièrement un procédé, ainsi que l'appareillage approprié, permettant d'obtenir, à partir des déchets sous diverses formes, des matériaux moulés, par exemple par extrusion, dont la stabilité physico-chimique a été notablement améliorée. Jusqu'à présent la technique de solidification de déchets consiste à introduire le déchet simultanément à au moins un agent de solidification dans un malaxeur du même type que ceux utilisés pour la fabrication des bétons Le mélange durci ou solififié est ensuite évacué pour stockage en décharge sur site approprié. Outre le fait que cette technique-est réalisée en discontinu, il n'y a pas de contrôle précis de la température ni des caractéristiques Théologiques du déchet et de son mélange avec les réactifs de solidification Compte-tenu de l'importance de ces paramètres, comme on le verra plus loin, sur les réactions diverses et complexes conduisant à la stabilisation des déchets, il n'est pas possible d'atteindre les objectifs de qualité exigés actuellement au plan écologique. L'un des buts essentiels de l'invention a consisté à rechercher pour l'ensemble des principaux types de déchets les plus courants, une stabilité optimum au stockage après solidification, ainsi qu'à mettre au point un procédé de traitement industriel en continu, adaptable à de nombreux types de déchets et permettant de transformer ces derniers en masses moulées, par exemple extrudées, aptes à être stockées directement sur les sites de décharge. L'invention fait appel à la technique connue du mélangeage ou malaxage du déchet avec un ou plusieurs réactifs et/ou liants hydrauliques permettant d'assurer l'inertage puis du passage en force de la masse encore fluide dans une extrudeuse pour obtenir un matériau moulé. Toutefois, selon ces caractéristiques essentielles et qui permettent de résoudre le problème ci-avant posé, le procédé de l'invention est caractérisé en ce que le déchet, qui est conditionné sous forme de mélange avec le ou les réactifs à une limite de liquidité comprise entre 25 % et 45 %, est malaxé sous un vide poussé à une température contrôlée, sensiblement constante pour un type de déchets donné. Le fait de réaliser et entretenir le mélange sous un vide permanent, en pratique maintenu entre 0,1 et 10 -mm de Hg, présente de nombreux avantages: tout d'abord on peut ainsi éliminer tous les produits volatils à température ordinaire qui sont contenus dans les déchets, notamment industriels, comme par exemple: des hydrocarbures légers, des solvants organiques, l'ammoniac, les amines etc, ces produits n'étant pas souhaitables pour la stabilité à long terme des matériaux obtenus; ensuite sous l'effet d'un vide poussé, il se produit un rapprochement des diverses particules entre elles qui constituent le matériau extrudé, ce qui entraîne une diminution intéressante de la porosité et une augmentation de la cohésion Enfin, simultanément à ces phénomènes, l'avancement continu du matériau dans le processus de malaxage et d'extrusion provoque un renouvellement permanent des surfaces exposées au vide et donne bien ainsi un matériau final ou extrudat d'homogénéité bien supérieure à celle obtenue par la technique conventionnelle. La maîtrise de la température constitue également un paramètre important et critique dans le procédé de l'invention En effet, de cette température, dépendent essentiellement: les tensions de vapeur des constituants du mélange ainsi que les vitesses des diverses réactions qui ont lieu lors du phénomène de stabilisation, telles que précipitations, substitutions, absorptions, hydratations, solidifications La température du mélange varie essentiellement pour deux raisons: d'une part le déclenchement de réactions physico-chimiques exothermiques ou endothermiques et, d'autre part, la transformation de l'énergie mécanique d'agitation, dans le malaxeur, en énergie thermique Comme on le verra plus loin, divers moyens pourront être utilisés, selon l'invention, pour contrôler et optimiser cette température. Selon une autre caractéristique de l'invention, les opérations de malaxage et moulage par extrusion sous vide sont couplées à un incinération de matières volatiles extraites du déchet par le vide, et les déchets d'épurations de fumées (DEF) issus de l'incinération sont recyclés dans l'opération de malaxage. L'invention a également pour objet un appareillage pour la mise en oeuvre, de façon continu, du procédé susvisé L'appareillage est essentiellement constitué par la combinaison d'un malaxeur relié, par une grille de division du mélange de déchets en cours de stabilisation, à un dispositif de moulage muni de vis avec tête d'extrusion, ce dernier étant en liaison ouverte, par l'intermédiaire d'un moyen de pompe(s) à vide, avec un incinérateur Le malaxeur et le dispositif de moulage sont munis d'un moyen de réglage et contrôle de la température afin d'assurer selon les cas, le réchauffage ou le refroidissement des déchets en cours de solidification. Afin de faciliter la compréhension et fournir d'autres détails et caractéristiques, on décrira maintenant un mode de réalisation et de fonctionnement, de façon non limitative, en se référant à un schéma simplifié, selon la figure unique jointe, d'un appareillage de mise en oeuvre du procédé sus-décrit. L'installation de stabilisation des déchets, apte à fonctionner de façon continue, comprend essentiellement : une cuve ou réacteur de mélange ou malaxage 1, suivie d'un dispositif de moulage de type extrudeuse 2, lesquels sont maintenus sous vide par un ensemble de pompage 3 (par exemple des pompes à double étage) relié à un incinérateur 4 pour les matières volatiles récupérées. Le déchet 5, sous une forme qui sera précisée plus loin, est introduit par l'ajustage 6 dans la malaxeur 1 et l'on ajoute par 7 le ou les réactifs destinés à la stabilisation, par exemple des agents de solidification de type connu en soi L'ensemble est malaxé, par exemple par les vis 8, 9 mais qui peuvent être substituées par des agitateurs ou autres moyens connus On oblige le mélange à passer à travers un ensemble perforé du type grille 10, pour assurer une division du matériau, avant l'introduction automatique dans l'extrudeuse 2 o la vis il force le matériau à passer dans la buse 12, le déchet stabilisé 13 sortant sous forme de boudin ou toute autre forme souhaitée pour être ensuite envoyé, par 14, sur le site de stockage. Le malaxeur 1 et l'extrudeuse 2 sont avantageusement réalisés en une double paroi 15 à l'intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur, par exemple de type giltherm (marque déposée) ou autre, pour assurer la régulation de température. L'installation est reliée par la canalisation 16 aux pompes à vide 3 et les produits volatils du déchet, recueillis par la forte dépression, par exemple 0,5 à 5 mm de Hg, sont envoyés dans l'incinérateur 4 Selon une disposition avantageuse de l'invention, les résidus ou déchets d'épuration des fumées (REF ou DEF) sont envoyés par 17 en tête du malaxeur 1 En opérant ainsi, le but visé par l'invention à savoir disposer d'un système sans rejet nocif pour l'environnement, est ainsi atteint grâce à la technique résumée ci-dessus. En pratique, tous types de déchets peuvent être soumis au traitement selon l'invention, dont notamment: les résidus d'incinération des déchets municipaux industriels, et d'hopitaux; ces déchets peuvent être à l'origine sous diverses formes telles que liquides, solides, boues, pâtes, etc Toutefois, comme précisé ci-avant, les déchets ou mélanges qui sont soit trop fluides soit trop pâteux et qui n'ont pas la limite de liquidité de fourchette ci-avant précisée sont exclus du domaine d'application de l'invention Lorsque les déchets sont sous forme solide, comme par exemple des terres souillées au autres matières, il convient que les diamètres moyens des particules soient de préférence inférieurs à 100 microns. Selon une forme préférée de réalisation, on s'arrange pour que le mélange introduit dans la malaxeur, et constitué par les déchets et le réactif ou agent de solidification/stabilisation, se présente sous la forme d'une pâte ayant la limite de liquidité comprise dans l'intervalle précité. Afin de mieux faire comprendre encore l'intérêt du procédé et dispositif de l'invention, on décrira maintenant ci-dessous les résultats d'expérimentations, choisies parmi de nombreuses autres, dans lesquelles on a comparé les performances, au plan de la stabilité de matériaux de déchets obtenus, entre le malaxage/extrudage connu et la mise en oeuvre du dispositif susvisé. Exemples de réalisation: On a travaillé, comme dans le cas du brevet français FR-A-2-644-342 et à titre de déchet, sur une cendre volante d'incinération (CV) d'ordures ménagères dont la composition était approximativement la suivante: Si: 23 %; Al: 7,0 %, Fe: 4,0 %, Pb: 1,0 %; 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 %; N: 4 %; P: 5 %; carbone organique : 1 % matières des imbrûlés. Un échantillon représentatif de telles cendres volantes, soumis à la norme française DIN 38414 relarguait par lixiviation les éléments toxiques suivants, exprimés en p p m (parties par million); Pb: 6,3; Cu: 0,2; Cd: 60; Zn: 900; Fe: 0,2. a) Dans une première série d'essais, on a ajouté à 133,3 Kg de CV 30 Kg d'eau dans laquelle on avait dispersé 0,183 Kg de chaux vive (Ca O) en malaxant de façon habituelle Apres compactage du matériau obtenu pour les lixiviations, selon la norme précitée DIN 38414 et après 3 mois (en p p m). Pb: 0,4; Cr: 0,2; Cu: la résistance à la compression était de 8,5 méga Pascals. b) Alors que dans les essais ci-dessus le malaxage était effectué selon la façon traditionnelle analogue à la fabrication des bétons de ciment Portland, on a repris les mêmes expérimentations sur le même déchet et toutes autres conditions étant égales par ailleurs sauf que les opérations de malaxage/extrudage ont été faites sous vide et à température contrôlée, selon la même mise en oeuvre que sur le schéma de la figure annexée ici La température était maintenu sensiblement à 200 C et la dépression (ou vide) correspondait à 0,5 mm de Hg. La lixiviation du matériau extrudé a donné les résultats suivants (p p m): Pb: déchet moulé. Par ailleurs, alors que dans les dispositifs industriels de malaxage conventionels on pouvait traiter 12 tonnes de déchets à l'heure pour une puissance de 270 chevaux, il a été possible, grâce au procédé et objectif de l'invention, de passer à un débit nettement plus élevé de 18 tonnes de déchets à l'heure. REVENDICATIONS 1 Procédé pour l'obtention de matériaux moulés stabilisés au plan physico-chimique à partir de déchets de diverses natures et origines, du type consistant à malaxer le déchet avec au moins un agent de solidification de type liant hydraulique, et à mouler par extrusion le matériau solide obtenu, caractérisé en ce que le déchet, conditionné sous forme de mélange de limite de liquidité comprise entre 25 % et 45 % est malaxé sous vide poussé à température contrôlée, sensiblement constante pour un type de déchets donné, l'opération étant effectuée en continu. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que le vide dans ladite opération continue correspond à un intervalle de 0,1 à 10 mm Hg. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les opérations de malaxage sous vide et moulage par extrusion sont couplées à une incinération des matières volatiles extraites du déchet par le vide et en ce que les déchets d'épuration de fumées (DEF) issus de l'incinération sont recyclés dans l'opération de malaxage. 4 Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'il est essentiellement constitué par la combinaison d'un malaxeur ( 1) relié, par une grille de division de matériau ( 10) à un dispositif de moulage ( 2), muni de vis ( 11) avec tête d'extrusion ( 12),ce dernier étant en liaison ouverte par l'intermédiaire d'un moyen de pompe(s) à vide ( 3), avec un incinérateur ( 4). 5 Appareillage selon la revendication 4, caractérisée en ce que la malaxeur et/ou le dispositif de moulage sont munis d'un moyen de réglage et contrôle de la température afin d'assurer un refroidissement ou un réchauffage du mélange de déchets en cours de solidification. 6 Appareillage selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit moyen de réglage de la température est constitué par une double paroi ( 15) du malaxeur ( 1) et/ou du dispositif de moulage ( 2) à l'intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur. 7 Application du procédé et de l'appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 à la solidification et au moulage par extrusion de déchets choisis dans le groupe constitué par: déchets d'incinération d'ordures ménagères, déchets industriels, déchets d'hopitaux, lesdits déchets, sous forme originelle de solides, liquides, boues, pâtes étant introduits à l'opération de malaxage et avant addition de l'agent de solidification, sous forme de mélange semi-pâteux ayant la limite de liquidité précitée.