Brevet FR2704455A1 — publié le 19941104

Procédé de valorisation des boues issues du sciage. du découpage et du polissage des blocs de granit La présente invention concerne un procédé de valorisation des boues issues du sciage, du découpage et du polissage des blocs de granit. On entend par grandit, toute roche naturelle éruptive dure à structure cristalline, composée de feldspath, de quartz et de mica. Relativement peu dense (densité le granit est noir, gris moucheté ou rose, ou plus rarement verdâtre ou rouge. Les granulites sont des granits qui contiennent deux couleurs distinctes de mica. Sans être stratifiés (contrairement au gneiss), les granits présentent cependant des plans de taille préférentiels. Selon les proportions respectives de leurs constituants, on distingue quatre familles de roches granitiques: - Le granit proprement dit, qui contient la plus forte proportion de quartz, il est de ce fait plus difficile à travailler. I1 est blanc à gris clair bleuté, parfois marqué d'altérations orangées. - La diorite, caractérisée par une forte proportion de quartz, d'amphibole et de biotite; ses tonalités sont assez foncées. - La syénite qui, contenant moins de quartz, se travaille plus facilement, ses tonalités sont plus foncées que celles du granit, et elle peut être gris rougeâtre. Une variété le labrador présente des moirages caractéristiques blancs, verts et bleus. - Le gabbro, facile à travailler car contenant très peu ou pas de quartz, mais une forte proportion de feldspath, ses tonalités sont toujours sombres. Tous les granits que lton rencontre sur le marché contiennent en réalité plus ou moins les phases minéralogiques cristallisées suivantes : quartz, pagioclase, oligoclase, microcline, biotite, muscovite, épidote, grenat, magnétite, pyrite, sphène, apatite, zircon, calcite, chlorite, séricite, clynopyroxène. On peut trouver de temps à autre de la silice amorphe (peu ou pas cristallisée). La production de plaques de grandit, à géométrie déterminée (rectangle, carrée, circulaire, hexagonale, etc.), nécessite les 3 opérations suivantes: - Découpage de plaques à partir de blocs fixés sur des châssis. Le sciage est effectué au moyen de lames métalliques auxquelles on ajoute un mélange opératoire dont la fonction essentielle est de lubrifier et refroidir les lames et d'accroître la vitesse de sciage. - Façonnage des plaques aux dimensions demandées. - Polissage des plaques dimensionnées au moyen de polisseuses. Le mélange opératoire utilisé dans l'étape de découpage est généralement composé de lait de chaux, obtenu sur site à partir de l'homogénéisation d'eau et de chaux éteinte, de grenailles de fer, angulaires ou angulaires et arrondies et de fines particules de granit résultant du sciage du bloc. Ce mélange opératoire peut également faire appel à d'autres particules solides que ocelles citées ci-dessus et dont la fonction essentielle est de lubrifier les lames et par conséquent d'accroître la vitesse de sciage. il résulte des trois opérations ci-dessus mentionnées la production d'une boue épaisse contenant des particules d'une dimension très inférieure à 100 mi et d'une composition minéralogique qui dépend essentiellement de l'origine des blocs de granit et de la nature de l'agent lubrifiant utilisé. Les boues sont ensuite généralement dirigées vers un bassin de décanstation, dont la construction, l'entretien et la vidange périodique constituent des coûts importants. L'eau dont le pH est parfois très supérieur au maximum autorisé (8,5 à 9,5, selon la nature du rejet) rejoint la nappe phréatique, laissant un produit dont la siccité peut atteindre 40-60% selon les cas. Lorsque les bassins de décantation sont pleins, ceux-ci sont déchargés et les boues sont soit mises en décharge générant des coûts de transport et manutention importants, des droits de décharge à payer, soit épandues sur les terres agricoles, ce qui peut, dans certains cas, présenter pour l'environnement un danger, compte tenu d'un pH dans certains cas pouvant atteindre 11-12. Une autre solution également utilisée consiste à filtrer et presser les boues puis à épandre ou à mettre en décharge le produit obtenu. Une telle solution est onéreuse et n'est pas non plus dépourvue de risques pour l'environnement. Le demandeur a maintenant trouvé un procédé de traitement de ces boues qui permet non seulement d'éviter la survenue de toutes les nuisances ci-dessus, mais encore de récupérer sélectivement les différents constituants de ces boues en vue de leur valorisation. La présente invention a donc pour objet un procédé de traitement des boues permettant leur valorisation. Le procédé selon l'invention permet en outre de supprimer la nécessité de présence d'un bassin de décantation et permet d'éliminer tous les problèmes de pollution liés aux rejets. il permet en outre à l'installation de sciage de fonctionner en circuit d'eau fermé. L'invention résulte de la constatation par le demandeur du fait qu'en soumettant la boue à au moins une étape de séparation magnétique on arrivait à débarrasser la boue de façon quasiment quantitative des particules magnétiques qu'elle contient, en particulier des particules de fer introduites comme agent abrasif et des minéraux magnétiques provenant de la poudre de granit ainsi que des éventuels déchets provenant de l'usure des lames métalliques. La boue ainsi débarrassée de ces composants magnétiques, en particulier de la biotite, peut alors avantageusement, après élimination de l'eau, être valorisée dans l'industrie du béton. Par ailleurs, le demandeur a découvert que les différents composants magnétiques éliminés pouvaient être à leur tour séparés et éventuellement valorisés, tout particulièrement en ce qui concerne la poudre de fer qui peut être utilisée en métallurgie des poudres. Selon un premier aspect, l'invention conceme donc un procédé de traitement des boues résultant des opérations de découpage de blocs de granit en présence d'un mélange destiné à lubrifier les lames de sciage ainsi que des opérations ultérieures de façonnage et de polissage dudit granit, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre ladite boue à au moins une étape de séparation magnétique destinée à séparer les matériaux magnétiques des matériaux non magnétiques contenus dans ladite boue. Comme on l'a vu précédemment, les boues susceptibles d'être traitées selon le procédé de l'invention ont des compositions qui dépendent grandement à la fois de l'origine des blocs de granit découpés et de la nature de l'agent utilisé pour lubrifier les lames de découpage. Ces compositions dépendent également dans une moindre mesure de la nature de la lame utilisée puisque ces lames ont tendance à s'effriter quelque peu pendant les opérations de découpage et que, par conséquent, des déchets de lame se retrouvent également dans la boue à traiter. Comme on l'a vu précédemment, on utilise dans bon nombre d'installations de sciage de plaques de granit, comme mélange opératoire, une suspension de grenaille de fer et de fines particules de granit dans du lait de chaux. Toutefois, le procédé selon l'invention ne s'applique pas uniquement à la valorisation des boues obtenues lors du découpage du granit en présence de ce type de mélange opératoire particulier. ll s'applique également à tout type de boues indépendamment de la nature du mélange abrasif utilisé. Bien entendu, l'intensité magnétique du champ magnétique à appliquer pour séparer les particules magnétiques des particules non magnétiques dépend essentiellement de la susceptibilité magnétique des matériaux que l'on veut séparer. Selon une variante particulièrement avantageuse, en particulier lorsque la boue contient des quantités notables de fer dues à l'utilisation d'un mélange opératoire contenant de la grenaille de fer comme agent abrasif, on soumettra la boue à une succession d'étapes de séparation magnétique en faisant appel à des champs magnétiques de plus en plus intenses. Un tel procédé permettra non seulement de récupérer plus quantitativement la poudre de fer, mais également d'obtenir des fractions magnétiques contenant de la poudre de fer de granulométrie décroissante. Ainsi donc, en soumettant la boue à une première étape de séparation magnétique à basse densité magnétique, on récupère une première fraction magnétique contenant les particules de fer les plus grosses. La fraction dite, par opposition, première fraction non magnétique sera ensuite soumise à une nouvelle étape de séparation magnétique sous l'influence d'un champ magnétique de densité plus élevée. Cette deuxième étape conduit à son tour à deux fractions, une fraction dite deuxième fraction magnétique et une fraction dite deuxième fraction non magnétique. La deuxième fraction non magnétique pourra à son tour, le cas échéant, être soumise à une nouvelle étape de séparation magnétique faisant appel à un champ magnétique plus élevé que celui de la deuxième étape. ll est à la portée de l'homme du métier de choisir le nombre d'étapes successives de séparation magnétique et l'intensité magnétique du champ magnétique utilisé dans chaque étape en fonction de la composition particulière de la boue à traiter. L'utilisation d'une succession d'étapes de séparation magnétique décrite ci-dessus permet d'obtenir des fractions successives de produits magnétiques dont les susceptibilités magnétiques sont de plus en plus faibles. Chacune de ces fractions magnétiques successives peut ensuite être avantageusement soumise à des opérations de séparation de ces composants en fonction de leur densité. A titre d'exemple de traitement de séparation des composants d'une fraction magnétique, on citera les traitements par cyclonage ou hydrocyclonage. Un tel traitement permet en particulier de séparer la poudre de fer (densité 7,6) des poudres d'origine minérale dont la densité est généralement de l'ordre de 2,7-2,8. Chacune des fractions séparées lors d'un tel traitement est ensuite séchée. La fraction non magnétique récupérée à l'issue de la dernière étape de séparation magnétique est avantageusement soumise à une étape destinée à éliminer l'eau qu'elle renferme. Ainsi, on soumet avantageusement cette fraction non magnétique à une étape de filtration et séchage. Le séchage pourra être effectué par tout moyen classique de séchage, par exemple par chauffage ou envoi de vapeur ou d'air chaud. Selon une variante avantageuse, on récupère ensuite l'air chaud ou la vapeur utilisée dans cette étape de séchage. La vapeur d'eau éliminée lors de l'étape de séchage pourra être avantageusement récupérée afin de réduire la consommation énergétique de l'installation. Cette vapeur pourra selon une autre variante être condensée et récupérée et constituer ainsi une excellente source d'eau déminéralisée. La boue formée au cours des opérations de sciage, façonnage, polissage de granit peut être directement soumise au procédé décrit ci-dessus. Toutefois, selon une variante particulièrement avantageuse de l'invention permettant une meilleure accessibilité des composants de la boue au champ magnétique appliqué lors des étapes de séparation magnétique, la boue est préalablement soumise à une étape classique de défloculation en présence d'agent de défloculation. Le schéma représenté sur la figure unique représente à titre d'exemple la succession des étapes auxquelles on soumet une boue contenant des quantités notables de poudre de fer, par exemple des teneurs en limaille de fer comprises entre 10 et 20 % par rapport au poids sec de la boue. Sur ce schéma, la boue initialement stockée en 1 subit en 2 un traitement de défloculation puis en 3 une première étape de séparation magnétique à basse densité de champ magnétique conduisant à une première fraction magnétique I et une première fraction non magnétique I'. La fraction I' est ensuite soumise à une deuxième étape de séparation magnétique 4 à une intensité de champ magnétique supérieure conduisant à une fraction magnétique II et une fraction non magnétique Il'. Les fractions magnétiques I et II sont soumises à des traitements de séparation en fonction de la densité des composants, par exemple par hydrocyclonage en 5 et 8 conduisant à récupérer, en 6 et 10, de la poudre de fer, la poudre récupérée en 10 ayant une granulométrie moyenne nettement inférieure à celle de la poudre récupérée en 6. Les fractions 7 et 9 sont constituées de poudres magnétiques d'origine minérale, en particulier de biotite. La fraction non magnétique ll' est soumise à une étape de pressage et filtration en 11 puis séchée en 12. La vapeur est récupérée en 13 par exemple pour être condensée. Le produit séché est récupérée en 14. Les champs magnétiques appliqués dans les opérations de séparation magnétique 3 et 4 dépendent de la composition de la boue. L'exemple suivant de réalisation de séparation dans le cas d'échantillons réels de boue montre comment le choix judicieux des champs magnétiques appliqués permet une récupération quantitative des poudres magnétiques permettant en outre de récupérer un produit non magnétique qui pourra être utilisé par exemple dans l'industrie du béton où la présence de biotite constitue un obstacle à l'utilisation de déchets de granit du fait du phénomène bien connu d'alcali-réaction. Exemple L'échantillon de boue traité est analysé par diffraction sous rayons X. Les résultats quantitatifs exprimés en pourcentage en poids sont les suivants: quartz 15 % Albite 23 % Anortite 30 % Biotite 10 % Chlorite Silice vitreuse 11 % Matières organiques 0,05 % Limailles de fer 9,5 % Lait de chaux Cet échantillon est mis en solution de façon que la teneur en matière sèche soit de 20 %. Les étapes successives de séparation magnétique sont réalisées sur une installation de séparation permettant de soumettre l'échantillon à des champs magnétiques réglables compris entre 1 000 et 8000 gauss. 1. Une première étape de séparation à basse densité de champ magnétique (1 000 Gauss) conduit à une première fraction magnétique représentant en matière sèche 16,6 % du produit traité, soit 41,29 % des particules magnétiques a priori récupérables. 2. La fraction non magnétique résultant de la première étape de séparation magnétique est ensuite soumise à un traitement de séparation magnétique à des intensités de champ supérieures. On réalise une série d'essais sur différentes fractions de la fraction magnétique résultant de la première étape (essais 2a à 2e). 2a) Test sur séparateur 1000 Gauss Le taux de récupération additionnel est de 5,8 %, soit un total de 22,4 % et un rendement de 55,72 %. 2b) Test sur séparateur 1500 Gauss Le taux de récupération additionnel est de 7,0 %, soit un total de 23,6 % et un rendement de 58,71 %. 2c) Test sur séparateur 2000 Gauss Le taux de récupération additionnel est de 9,0 %, soit un total de 25,6 % et un rendement de 63,68 %. 2d) Test sur séparateur 5000 Gauss Le taux de récupération additionnel est de 18,3 %, soit un total de 34,9 % et un rendement de 86,82 %. 2e) Test sur séparateur 8000 Gauss Le taux de récupération additionnel est de 23,6 %, soit un total de 40,2 % et un rendement de 100 %. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des boues résultant des opérations de découpage de blocs de granit en présence d'un mélange destiné à lubrifier les lames de sciage, ainsi que des opérations ultérieures de façonnage et de polissage du grandit, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre ladite boue à au moins une étape de séparation magnétique destinée à séparer les matériaux magnétiques des matériaux non magnétiques contenus dans ladite boue. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intensité du champ magnétique de ladite étape de séparation magnétique est choisie en fonction de la susceptibilité magnétique des matériaux que l'on veut séparer. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la boue est soumise à une succession d'étapes de séparation magnétique avec des intensités magnétiques croissantes conduisant chacune à une fraction dite "fraction non magnétique" et une fraction dite "fraction magnétique", ladite fraction non magnétique étant ensuite soumise à une nouvelle étape de séparation magnétique, le procédé conduisant ainsi à récupérer des fractions magnétiques successives de susceptibilité magnétique décroissante et à une fraction finale dite "fraction non magnétique finale" résultant de la dernière étape de séparation magnétique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la (ou les) fraction(s) magnétique(s) est (sont) soumise(s) à au moins une étape de séparation de ses (leurs) composants en fonction de la densité desdits composants, par exemple par cyclonage ou hydrocyclonage. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les produits non magnétiques, résultant de l'étape de séparation magnétique lorsqu'il y a une seule étape de séparation magnétique ou de la dernière étape de séparation magnétique lorsqutil y a une succession d'étapes de séparation magnétique, sont soumis à une étape de filtration et de séchage. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on récupère la vapeur d'eau libérée lors de l'étape de séchage et/ou l'air chaud ou la vapeur chaude utilisé lors de cette étape. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vapeur récupérée est utilisée pour la production d'eau déminéralisée. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on soumet la boue à une étape de défloculation avant de procéder au traitement de séparation magnétique.