Brevet FR2690363A1 — publié le 19931029

PROCEDE POUR L'INERTAGE D'UNE MATIERE PULVERULENTE ET APPLICATION DE CE PROCEDE AU TRAITEMENT DE DECHETS INDUS TRIELS ET/OU URBAINS. La présente invention concerne un procédé pour l'inertage d'une matière pulvérulente susceptible de contenir des éléments toxiques et/ou contaminants, tels que des métaux lourds, ainsi que l'application de ce procédé au traitement de déchets industriels et/ou urbains. D'une manière générale, on sait que depuis plusieurs décennies le traitement des déchets et, en particulier, des boues industrielles et/ou urbaines, s'est considérablement développé et, à cet effet, de nombreuses solutions ont été proposées et testées. I1 s'avère que l'expérience acquise grâce à ces réalisations dont certaines fonctionnent depuis un bon nombre d'années, fait apparaître de nouveaux problèmes, plus spécifiques, qui sont incompatibles avec l'évolution des règles et des normes actuelles de protection de l'environnement. Or, les solutions actuellement proposées pour résoudre ces problèmes ne sont pas véritablement satisfaisantes. Ainsi, lorsqu'on procède à l'incinération de boues contenant une charge contaminante en métaux lourds et volatils, ces métaux lourds se retrouvent à la fois dans les cendres d'incinération et dans les poussières en suspension dans les gaz de combustion. Le nouveau problème qui se pose alors est relatif à la présence et à la stabilité de ces métaux dans ces cendres et dans ces poussières. A l'heure actuelle, la seule solution apportée à ce problème consiste à entreposer les cendres et les poussières dans des décharges spéciales, qui, pour des raisons facilement compréhensibles, cesseront rapidement d'être tolérées. L'invention a donc plus particulièrement pour but de résoudre ces problèmes. A cet effet, elle propose d'effectuer sur les matières pulvérulentes dont on veut inerter les métaux lourds, un traitement métallurgique de fusion dans un four du type de ceux qui sont utilisés dans la métallurgie des métaux non ferreux, et ce, de manière à piéger les métaux lourds, soit dans des mattes ou des bullions dont la composition peut être choisie de manière à ce qu'ils soient utilisables dans un cycle métallurgique par exemple d'affinage, soit dans des scories ou laitiers métallurgiques insolubilisés, utilisables dans de nombreuses applications. On constate donc que non seulement l'invention résout les problèmes précédemment évoqués, mais encore elle assure une revalorisation des métaux lourds dont on cherchait jusqu'ici à se débarrasser. Ce procédé convient parfaitement bien au traitement des déchets et des boues industrielles et urbaines. Dans ce cas, le procédé selon l'invention comprend successivement l'incinération desdites boues et desdits déchets dans un four industriel puis un traitement métallurgique de fusion du type de celui précédemment décrit. Avantageusement, les gaz de combustion, engendrés au cours de la phase d'incinération et de la phase de traitement métallurgique de fusion, subiront une phase d'oxydation supplémentaire dans une chambre de postcombustion avant de subir un traitement comprenant une collecte, par condensation étagée des éléments volatils. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec reférence au dessin annexé dans lequel La figure unique est une représentation schéma tique d'une installation de traitement de boues industrielles et/ou urbaines. Dans cette installation, les boues sont tout d'abord traitées dans un four vertical à étages 1 permettant d'assurer la pyrolyse des produits organiques et la volatisation, la plus complète possible, en atmosphère contrôlée, des éléments volatils (As, Sb, S...). Les cendres résultant de cette combustion sont ensuite transmises dans un four de traitement 2 du type de ceux utilisés dans la métallurgie de métaux non ferreux tels que le cuivre ou le plomb. De préférence, on utilise un four de fusion "bas fourneaux" à double parois refroidies par eau "Water-Jacket" fonctionnant suivant le principe des lits granulés et dans lequel les cendres sont mêlées à du coke auquel on ajoute un fondant, l'équilibre thermodynamique étant assuré grâce à l'adjonction de produits cuivreux. I1 s'avère en effet que ce four est particulièrement adapté, dans son principe de fonctionnement, pour supporter des charges arsenicales importantes pouvant provenir, soit de l'association minéralogique avec le cuivre, soit de déchets arséniés spécifiques. De telles impuretés peuvent être ensuite valorisées sélectivement par un traitement des gaz résultant de la combustion. En pratique, la capacité de ce four n' est occupée qu'à environ 50 % par la charge utile, le solde de l'alimentation pouvant être réservé à des déchets d'autres natures, pour autant que ces déchets aient une charge en métaux, compatibles avec les produits que l'on souhaite valoriser dans le "bas fourneau". En fait, les principaux éléments valorisables sont : le cuivre, le plomb, le zinc, le fer, le nickel, le cérium, l'étain, l'aluminium, le brome, l'arsenic, l'antimoine et le silicium. A ces éléments, il convient de rajouter les alcalins et les alcalino-terreux. Suivant les équilibres thermodynamiques matte/scories, certains de ces éléments métalliques se retrouvent dans la matte, soit comme élément bonifiant sur le plan commercial (comme, par exemple, le cuivre), soit comme élément pénalisant (nickel, arsenic, antimoine). D'autres éléments sont scorifiés (fer, zinc, aluminium, silicium, calcium, ...) et de la sorte insolubilisés. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à l'utilisation d'un four de fusion "bas fourneau" du type de celui précédemment décrit. En effet, il est également possible d'utiliser un four électrique de fusion 3 (indiqué en traits interrompus sur la figure) comprenant des électrodes de carbone immergées dans le bain métallique en fusion. Un tel four est plus particulièrement approprié dans le cas de cendres dont les teneurs en métaux lourds sont incompatibles avec le type de traitement effectué dans le "bas fourneau Dans un tel four, dont le principe est basé sur la différence entre les énergies de formation des oxydes métalliques (diagramme d'Ellinghann), la puissance électrique est dissipée par effet Joule dans la scorie en fusion. On rajoute à la charge un certain pourcentage d'éléments réducteurs (tels que, par exemple, du charbon) afin que les éléments les plus réduits se retrouvent dans le bain métallique et les éléments les plus oxydables, dans la scorie. De ce fait, tous les éléments métalliques sont piégés, soit dans une phase métallique (bullion métallique) dont la composition peut être choisie pour qu'elle soit vendable ou recyclable, soit dans une scorie ou laitier métallurgique à base de silico-alluminate de fer et de chaux où ils sont insolubilisés et aptes à être utilisés en grenaillage ou en dépôt simple. Les gaz dégagés dans le four 1 ainsi que dans le "bas fourneau" 2, voire même le four électrique 3, sont collectés et transmis à une chambre de postcombustion 4 où ils sont oxydés totalement, lors d'une réaction exothermique. Les gaz ainsi oxydés sont ensuite amenés dans une unité de traitement 5 munis de refroidisseurs, dans lesquels les éléments volatils sont collectés par condensation étagée. En fonction de leur composition, ces éléments volatils sont, soit commercialisables, soit recyclés, soit réin jectés dans le four de fusion 2, de manière à assurer une séparation inter-élément par différence d'oxydabilité. Dans les dernières étapes de refroidissement, lorsqu'il y a des teneurs en arsenic importantes, celui-ci est condensé sous forme d'anhydride arsénieux As203 pulvérulent. Il est ensuite conditionné en fûts et vendu. Dans l'hypothèse où des charges de mercure seraient présentes dans les cendres, il faut trier l'alimentation et effectuer les traitements de fusion de façon sélective de manière à dissocier la présence d'arsenic et d'antimoine de celle du mercure, car il est actuellement impossible d'éviter les co-condensations. Par ailleurs, dans le cas de charges mercurielles, le traitement des gaz se fait dans une unité spécifique spécialement adaptée à cet élément toxique. La purification de l'oxyde d'arsenic As203 peut être rendue nécessaire par la présence du chlore provenant de la combustion de certaines matières plastiques ainsi que par la présence de sulfates basiques. Cette purification se fait en voie aqueuse de manière à dissoudre les divers sels. Les eaux arsenicales ainsi que celle provenant de l'éventuelle neutralisation des fumées sont traitées dans une station d'épuration d'eau 6 générant ses propres boues qui peuvent être entièrement recyclées dans l'installation précédemment décrite. Revendications 1. Procédé pour l'inertage d'une matière au moins en partie pulvérulente susceptible de contenir des éléments toxiques et/ou contaminants, tels que des métaux lourds, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer sur lesdites matières un traitement métallurgique de fusion dans un four du type de ceux qui sont utilisés dans la métallurgie des métaux non ferreux, et ce, de manière à piéger les métaux lourds, soit dans des mattes ou des bullions dont la composition peut être choisie de manière à ce qu'ils soient utilisables dans un cycle métallurgique par exemple d'affinage, soit dans des scories ou laitiers métallurgiques insolubilisés, utilisables dans de nombreuses applications. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit traitement de fusion est réalisé dans un four de type "bas fourneau" à double parois refroidies par eau "Water-Jacket". 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le four fonctionne selon le principe des lits granulés, l'équilibre thermodynamique étant assuré grâce à l'adjonction de produits cuivreux. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit traitement de fusion est réalisé dans un four électrique comprenant des électrodes de carbone immergées dans le bain métallique en fusion. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lors du traitement de fusion, on rajoute à la charge introduite dans le four un certain pourcentage d'éléments réducteurs tels que, par exemple, du charbon, afin que les éléments les plus réduits se retrouvent dans le bain métallique et les éléments les plus oxydables, dans la scorie. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz dégagés lors du traitement de fusion, sont oxydés totalement dans une chambre de postcombustion et sont ensuite traités dans une unité de traitement munie de refroidisseurs dans lesquels les éléments volatils sont collectés par condensation étagée. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière à traiter comprend des cendres provenant de l'incinération de matières diverses. 8. Procédé pour l'inertage de déchets industriels et/ou urbains, caractérisé en ce qu'il comprend un traitement d'incinération desdits déchets de manière à assurer la pyrolyse des produits organiques et la volatilisation en atmosphère contrôlée des éléments volatils, un traitement de fusion selon l'une des revendications précédentes, des cendres provenant de la phase d ' incinération, un traitement de postcombustion des gaz engendrés lors des traitements d'incinération et de fusion, et un traitement de condensation étagée des gaz totalement oxydés à la suite de la postcombustion, en vue de la récupération des éléments volatils.