Brevet FR2688779A1 — publié le 19930924

PRODUITS DE BRIQUETERIE, TELS QUE BRIQUES, TUILES OU ANALOGUES, CONTENANT DU LIMON PORTUAIRE, ET PROCEDE DE FABRICATION DE TELS PRODUITS L'invention concerne des produits de briqueterie, tels que briques, tuiles, plaques ou analogues, contenant du limon portuaire, et concerne un procédé pour les fabriquer. Les produits de briqueterie constituent le groupe quantitativement le plus important des matières céramiques utilisées en tant que matériaux de construction Les produits de briqueterie sont obtenus par cuisson d'argile, limon et masses argileuses avec des additions de sable, poudre de briques, laitier de haut fourneau ou cendres en tant que dégraissant L'argile perd son eau d'hydratation, ce qui est accompagné d Tun frittage partiel et de la formation de pores Pour fabriquer des produits de briqueterie, on broie de l'argile dans des broyeurs à meules ou à marteaux, puis on malaxe avec de l'eau et des dégraissants dans des malaxeurs à rouleaux La suite du travail comporte la mise en forme par boudinage dans des presses à excentrique, presses à table tournante ou machines analogues, puis le séchage dans des séchoirs à chambre ou à canal et la cuisson dans des fours annulaires, à chambre ou à tunnel, avec chauffage direct ou indirect au moyen de charbon, fuel ou gaz Parmi les "produits de briqueterie", on distingue, pour l'essentiel, les briques vitrifiées, plaques pour façade, parements, tuiles ainsi que briques de maçonnerie Les tuiles peuvent se présenter sous différentes formes telles que tuile creuse, tuile creuse à emboîtement, tuile plate, etc Les briques de maçonnerie ou briques cuites sont aujourd'hui normalisées et peuvent se présenter sous forme de briques pleines ou de briques perforées, auquel cas elles sont munies de perforations s'étendant perpendiculairement à deux surfaces de délimitation parallèles Lors de la fabrication de produits de briqueterie, les chutes se présentent sous forme de poussière et fragments de briques qui sont généralement broyés et utilisés en céramique, sous forme de farine de briques, comme dégraissant pour argiles grasses, ou en tant qu'additif colorant dans l'industrie de la pierre artificielle. Les argiles naturelles sont des constituants essentiels des produits de briqueterie Par "argiles naturelles" on entend des silicates d'aluminium ayant ce que l'on appelle une structure de phyllosilicate, et différentes teneurs en eau Les minéraux argileux sont classés en différents groupes différant nettement par leur composition chimique et leur structure physique Les argiles sont extérieurement caractérisées par le fait qu'elles gonflent et deviennent plastiques à l'état humide et, après séchage, conservent leur forme et, lors de la cuisson, durcissent avec formation de mullite Pour l'essentiel, les argiles naturelles sont constituées de particules provoquées par la désagrégation de minéraux argileux Ces particules ne sont pas supérieures à 2 Rm et, du fait de leur force de cohésion, forment aussi des sables et limons Si ces derniers sont présents en teneur élevée, on parle alors d'argile maigre Par contre, si les constituants colloïdaux ont une présence plus importante, il s'agit d'argiles grasses Les argiles brunes ou jaunes habituelles contiennent des quantités variables de composés du fer, manganèse, magnésium, titane, phosphore et composés azotés Une importante propriété des argiles est leur faculté d'adsorption et fixation des métaux et métalloïdes les plus différents Les argiles peuvent donc avoir des activités d'échangeur d'ions et l'on admet aujourd'hui qu'elles peuvent aussi présenter des caractéristiques catalytiques, notamment lorsqu'il y a une 3 O certaine teneur en ions étrangers. Cette faculté des minéraux argileux naturels implique toutefois aussi que leur composition peut différer selon le gisement et qu'ils ont en outre tous tendance à fixer et cela parfois de manière très sélective des isotopes radioactifs On sait que la radioactivité des minéraux argileux a nettement 3 5 augmenté du fait des anciens essais nucléaires non souterrains et du fait des accidents de réacteur connus En effet, les isotopes sont emportés par lavage des aérosols et fixés par les limons et minéraux argileux. L'argile ou limon portuaire présente toutefois des caractéristiques essentielles des minéraux argileux naturels Il s'agit ici de sédiments portuaires, fluviaux et sédiments de pièces d'eau qui sont amenés dans les bassins correspondants par des courants d'eau naturels ou artificiels et qui, en règle générale, présentent une charge de métaux, métalloïdes et composés organiques plus élevée que celle de l'argile naturelle Dans ce qui suit, les termes "limon portuaire" désignent de tels sédiments déposés sous l'eau, sans tenir compte de leur origine particulière Le limon portuaire est en règle générale enlevé des bassins portuaires, de manière périodique ou continue, de sorte que ces sédiments dragués posent un problème d'utilisation ou de décharge Leurs teneurs en métaux lourds et métalloïdes ainsi qu'en composés organiques empêche de les utiliser tels quels par exemple dans l'agriculture I en résulte que, presque partout dans le monde, le limon portuaire est déposé sur des aires à proximité des ports, ce qui crée des difficultés notables dues à l'aptitude du sédiment à fixer l'eau L'utilisation de limon portuaire à la place d'argiles minérales naturelles, pour fabriquer des produits de briqueterie, a échoué jusqu'à présent du fait de difficultés de traitement rencontrées lors de la cuisson de tels produits. La présence de métaux lourds résiduels, tels que mercure et arsenic, dans les produits qui seraient fabriqués avec de tels limons a jusqu'à présent rendu leur utilisation pratiquement impossible car les métaux lourds peuvent être enlevés du produit fini par élution sous l'effet des actions climatiques, notamment sous l'action de l'eau. Il existe donc un besoin d'un procédé permettant de transformer le limon portuaire en produits de briqueterie ayant une compatibilité avec l'environnement au moins aussi bonne que celle des produits fabriqués à partir d'argile de gisement naturel. Ceci étant, on a constaté de manière surprenante qu'il était possible de réaliser des produits de briqueterie comportant du limon portuaire, et cela avec une teneur pouvant atteindre environ 50 % de la masse totale, et que de tels produits satisfaisaient à toutes les exigences en matière de qualités physiques pour la construction et étaient écologiquement irréprochables. Il s'avère qu'une grande partie de l'argile ou limon terrestre normalement utilisé peut être remplacée par du limon portuaire, et cela jusqu'à environ 50 % de la masse totale, si le mélange pour briques comporte en outre jusqu'à 10 % de cendres volantes en tant que stabilisateur et 10 % de poudre de briques avec une granulométrie entre O et 3 mm, en tant que dégraissant De préférence, la teneur en cendres volantes est de l'ordre de 5 %. Le reste du mélange est constitué par les minéraux argileux terrestres naturels habituels De tels mélanges ne peuvent toutefois pas être travaillés selon les procédés actuellement usuels si l'on veut éviter une pollution due à leur teneur en métaux et métalloïdes et composés organiques Selon l'invention, les produits de briqueterie sont donc fabriqués en soumettant le mélange préalablement broyé, malaxé, mélangé d'eau et moulé, à un préséchage à basse température Les produits moulés sont séchés dans des chambres de séchage à l'aide d'air chaud, à une température d'environ 600 C seulement Cet air de séchage se compose de l'air sortant du four de cuisson et d'une certaine proportion d'air frais Ces deux courants d'air seront dans la plupart des cas préchauffés à environ 110 C, à l'aide d'un brûleur à gaz, puis introduits ainsi dans le système de chambre de séchage Le niveau relativement bas de la température de séchage est nécessaire afin d'éviter avec certitude la libération de mercure et d'arsenic du limon portuaire. Les produits de briqueterie sont alors soumis à une cuisson à haute température, de l'ordre de 13000 C, alors que les températures de cuisson normales sont de l'ordre de 900 à 1000 C Cette cuisson à haute température a pour effet que la plupart des matières nocives, notamment les métalloïdes, passent sous forme gazeuse Les fumées sont amenées à circuler plusieurs fois en passant par la zone à haute température, de sorte que les composés organiques, notamment dioxyne et furane sont très substantiellement décomposés La haute température de cuisson permet de faire passer à l'état gazeux la majeure partie des substances nocives, de sorte que l'on peut alors, sans problème, maintenir la pollution de l'environnement à un niveau très faible en recourant aux techniques de filtrage aujourd'hui très développées. Des essais comparatifs ont montré qu'avec le procédé selon l'invention les teneurs en matières nocives dans les fumées étaient inférieures, et même en partie très inférieures, aux concentrations-limites imposées par les directives techniques relatives à l'air Les poussières de l'air sont captées dans des filtres et compactées ou traitées de la manière habituelle, par exemple par enrobage dans une matrice de verre Des essais ont montré qu'avec le procédé selon l'invention les matières résiduelles subsistant sont de l'ordre de 0,5 à 1,5 % au maximum, de la quantité initiale. Après avoir opéré selon l'invention, ces matières résiduelles sont plus simples à traiter ou à mettre en dépôt tout en respectant les normes de sécurité du travail car leur encombrement se trouve très fortement réduit Le limon portuaire est donc réutilisable, à concurrence d'environ 98,5 %, dans le respect des règles écologiques. Les produits de briqueterie fabriqués selon l'invention satisfont à toutes les exigences physiques concernant les matériaux de construction. Selon que la cuisson a été oxydante ou réductrice, on peut obtenir une coloration rouge ou bleu-noir des produits L'analyse des matières éluées montre que, par rapport aux produits provenant de gisements terrestres naturels, les produits selon l'invention ne présentent pas de taux de matières nocives plus élevés, les taux de matières éluées étant même parfois notablement inférieurs Un fait est particulièrement surprenant: la charge radioactive avec ces produits de briqueterie fabriqués à partir de limon portuaire est notablement réduite et se situe à seulement environ 50 % en valeur de ce qui est habituel par ailleurs en utilisant des argiles de gisements terrestres Il y a lieu de présumer que la radioactivité relativement élevée des minéraux argileux ou glaiseux de gisements terrestres s'explique par la faculté d'adsorption que les argiles présentent à l'égard des isotopes radioactifs provenant de l'atmosphère alors que, par contre, les sédiments déposés présentent une moindre charge radioactive. Dans ce qui suit, l'invention est décrite de manière plus détaillée en considérant des exemples. Exemple 1 On réalise de la manière habituelle un mélange cru pour briques ou tuiles, comportant 5 % en poids de poudre de briques avec une granulométrie de O à 3 mm, 5 % de cendres volantes, 50 % de limon portuaire et 40 % d'argile naturelle provenant d'argilières exploitables, et l'on moule ce mélange de la manière habituelle Les briques crues sont alors soumises pendant quatre jours à un préséchage à basse température, avec un apport important d'air frais préchauffé, pour une température d'air de l'ordre de 600 C. Les pièces crues préséchées sont ensuite introduites dans un four- tunnel avec zone de préchauffage, zone de cuisson et zone de refroidissement La matière à cuire et l'air se déplacent dans des sens opposés dans le four-tunnel L'air froid entrant est utilisé pour refroidir les produits cuits, se réchauffe dans la zone de cuisson et sert, dans la zone de préchauffage, à réchauffer les produits frais introduits dans le four, puis est envoyé à l'atmosphère via la cheminée après être passé de 4 à 6 fois, par circulation forcée, par la zone d'air chaud Le four de cuisson possède une capacité de l'ordre de 60 Mg/d de produits cuits, la perte au feu valant environ 15 % de la masse. Exemple 2 Afin de contrôler la charge possible de l'air en matières nocives, due au procédé de fabrication selon l'invention, on a effectué, dans le cas de l'installation décrite dans l'exemple 1, des analyses de l'air dans la chambre de séchage et dans le gaz effluent provenant de la chambre de séchage ainsi que dans l'effluent gazeux sortant du four de cuisson. Dans l'air sortant de la chambre de séchage, et dans la chambre de séchage, il n'a pas été possible de déceler de matières organiques, avec une limite de décèlement comprise entre 5 mg et 10 mg/m 3 Pour les matières organiques de la classe 1, les directives techniques concernant l'air autorisent une valeur de 20 mg/m 3 De même, les charges en composés anorganiques gazeux chlorés et fluorés, ainsi qu'en cadmium, mercure, arsenic, cobalt, plomb et chrome, étaient très en dessous des valeurs admises par les directives techniques concernant l'air. Les gaz sortant du four de cuisson présentaient une charge décelable en matières organiques, toutefois inférieure aux valeurs admissibles De même, les composants gaz hydrochlorique, hydrofluorique et dioxyde de soufre étaient présents en concentrations nettes, toutefois notablement inférieures aux valeurs-limites critiques Les débits massiques de 0,16 kg/h et 1,45 kg/h calculés pour le gaz hydrochlorique et le dioxyde de soufre sont encore relativement faibles si on les compare aux valeurs-limites respectives de 0,3 kg/h et 5 kg/h indiquées par les directives techniques concernant l'air. Les valeurs concernant le cadmium, l'arsenic, le cobalt, le plomb et le chrome sont également non critiques Ce n'est que pour le mercure que l'on a constaté une concentration notable qui, avec environ 0,37 mg/m 3, se situe nettement au-dessus de la valeur de 0,2 mg/m 3 autorisée par les directives techniques concernant l'air Toutefois, des filtres appropriés permettent d'éliminer la quasi-totalité des charges de mercure. Exemple 3 Pour comparer la teneur en matières éluables ainsi que la teneur globale en métaux et/ou métalloïdes consommés concernés et la radioactivité, on a comparé des briques fabriquées selon l'invention à des briques commerciales de différentes briqueteries L'analyse des matières éluées a été faite par le Qualitâtssicherheitsinstitut Hamburg, et la radioactivité a été mesurée par le Kernuntersuchungsinstitut Kr mmel Les résultats sont indiqués dans les tableaux 1 et 2 présentés plus loin. L'analyse des matières éluées montre qu'à cet égard les produits conformes à l'invention sont tout à fait comparables aux produits antérieurs usuels L'examen de la teneur globale en métaux et métalloïdes permet même d'observer en partie une teneur nettement réduite par rapport aux produits commercialisés usuels, et la mesure de la radioactivité fait apparaître ce résultat surprenant: les valeurs sont réduites d'environ 50 % avec les produits de briqueterie selon l'invention. Tableau I Comparaisons entre divers types de briques analyse des matières éluées Fabricant: briqueterie briqueterie briqueterie briqueterie briqueterie Brique avec 50 % de limon port. Quantité: mg/l mg/l mg/1 mg/1 mg/l mg/1 Co p H Zinc Cadmium Plomb Chrome Nickel Fer 9,7 0,023 8,15 K 0,005 1,2 7,71 0,0089 8,88 0,0062 0,0059 9,2 0,0091 9,2 0,0091 K, O= (O Comnaraisons entre divers types de briques Teneurs totales Fabricant: briqueterie briqueterie briqueterie briqueterie A briqueterie brique av 50 % -argile brute en teneur 50 % Jim port dans la brique Quantté: mg/kg-TS mg/kg-TS mg/kg-TS mg/kg-TS mg/kg-TS gg/kg-TS Arsenic Plomb Cadmium Chrome Cui vre Nickel Mercure Zinc Radioaktivi- té Bq/kg K 40 Pb 210 Pb 214 Ra 226 Th 232 Th 234 13,53 18,54 61,60 88,79 6,52 ,64 0,486 41,625 3,95 28,67 2,66 0,406 27,6 non contrôlée 94 ' 260 620 810 38 69 o, o, (O Tableau 2 REVENDICATIONS 1 Produits de briqueterie, tels que briques, tuiles, plaques ou analogues, caractérisés en ce qu'ils contiennent du limon portuaire. 2 Produits de briqueterie selon la revendication 1, caractérisés par une teneur en limon portuaire pouvant atteindre environ 50 % de la masse totale. 3 Produits de briqueterie selon la revendication I ou 2, caractérisés par une teneur en poudre de briques de l'ordre de 5 à 10 % en poids. 4 Produits de briqueterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisés par une teneur en cendres volantes de l'ordre de 5 à 10 % en poids. Procédé de fabrication de produits de briqueterie selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que les produits de briqueterie moulés sont d'abord soumis à un préséchage à basse température, pendant quelques jours, puis à une cuisson à haute température, la température maximale étant de l'ordre de 13000 C. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le préséchage est exécuté avec de l'air à une température de 60 C environ. 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on fait circuler l'air plusieurs fois dans la chambre de cuisson. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la cuisson est oxydante ou réductrice.