Brevet FR2714316A1 — publié le 19950630

L'invention concerne un procédé de traitement des cendres issues de la combustion et des fumées d'incinération de déchets toxiques telles que les ordures ménagères. Les REFIOM (résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordures ménagères) sont des cendres volantes incorporant des produits toxiques tels que des métaux lourds, des chlorures, des cyanures, ... Le problème se pose donc de rendre ces résidus inertes en les incorporant dans un produit solide stabilisé que l'on stocke en centre d'enfouissement ou de stockage tel qu'une décharge contrôlée. Le produit solide incorporant les cendres doit présenter une bonne résistance mécanique et être capable de retenir les composés toxiques. Or, compte tenu de la grande variété de compositions de ces cendres qui sont issues des déchets ménagers dont la nature varie elle-même considérablement, de leur réactivité importante et variable vis-à-vis des liants hydrauliques, de leur grande propension à absorber l'eau ou de leur caractère hydrophobe, il est généralement considéré que leur incorporation dans un mélange à base de liant hydraulique pose problème. C'est pourquoi, les procédés connus de solidification et de stabilisation des REFIOM mettent en oeuvre des technologies complexes et onéreuses et/ou des composés (notamment des liants) spécifiques également onéreux. Ainsi, dans un premier type de procédé connu, on mélange une forte proportion de REFIOM à une quantité aussi faible que possible (en général moins de 10 % en poids) de ciment ou de liant hydraulique avec une quantité minimale d'eau (quantité stoechiométrique), puis on compacte fortement le mélange selon le procédé de la pierre chaux-grès. A cet égard, on considère en général que plus la quantité d'eau utilisée est faible, plus le produit compacté résultant est dense, imperméable et résiste mieux à la lixiviation. Un tel procédé est complexe et onéreux à mettre en oeuvre. Dans un deuxième type de procédé connu, on mélange les cendres à des liants et/ou des additifs spécifiques. Par exemple, FR-A-2.685.226 décrit un tel procédé dans lequel on incorpore les cendres à un liant aqueux formé principalement d une poudre d'un produit à base de laitier de hauts fourneaux en présence d'oxyde de magnésium et d'un sulfate soluble, à un pH compris entre 8 et 12. Néanmoins, il s'avère que les résultats obtenus par ces procédés varient considérablement en fonction de la nature des REFIOM mis en oeuvre. C'est pourquoi, l'étude spécifique préalable en laboratoire est nécessaire afin de vérifier l'efficacité du procédé vis-à-vis de la nature particulière des REFIOM à traiter. Dans un troisième type de procédé connu, on lave préalablement les cendres à l'eau, puis on traite les cendres lavées et/ou les eaux de lavage selon l'un des deux premiers types de procédé connus ou en station d'épuration. S'il est plus facile de rendre inertes les cendres après lavage, le problème d'un traitement approprié des eaux de lavage se pose. Ce troisième type de procédé connu est donc en final complexe et onéreux et nécessite la mise en oeuvre de procédés très différents, en des endroits distincts, et donc le transport de produits dangereux. L'invention vise à pallier ces inconvénients et à proposer un procédé de traitement des cendres de déchets toxiques qui puisse être mis en oeuvre avec des technologies et des composés traditionnels peu onéreux, notamment sans compactage et avec un liant traditionnel tel qu'un ciment Portland. L'invention vise aussi à proposer un tel procédé pouvant intégralement être mis en oeuvre en un seul lieu (lieu de production ou de stockage) en une étape ou une série d'étapes, et qui permette un traitement complet des cendres en les rendant inertes et transformées en produits stables et transportables. L'invention vise également à proposer un tel procédé procurant des produits solides incorporant les cendres et dont la résistance à la lixiviation reste quasiment constante et supérieure aux valeurs admissibles pour un stockage en centre d'enfouissement ou centre de stockage (notamment en décharge contrôlée), et ce, quelles que soient l'origine et la nature des cendres de déchets ménagers traités. L'invention vise également à proposer un tel procédé par lequel on peut aisément indiquer sur les blocs obtenus des informations relatives à leur contenu (nature, provenance, quantité des composants, notamment des déchets incorporés) de sorte que le stockage peut être réversible, les blocs pouvant ultérieurement être triés et/ou retraités. L'invention vise aussi à proposer un tel procédé dans lequel on utilise du ciment et des adjuvants de façon conventionnelle, c est-à-dire avec une quantité d'eau limitée, notamment inférieure à 600 litres par mètre cube de produit solide obtenu, et sans nécessiter l'utilisation de techniques de mélange sophistiquées et délicates ni de réactifs spécifiques déterminés en fonction de la nature des cendres. Pour ce faire, l'invention concerne un procédé de traitement des cendres telles que des REFIOM issues de l'incinération de déchets toxiques dans lequel on les incorpore dans un mélange comprenant un liant pulvérulent à partir duquel on forme un produit solide stabilisé résistant à la lixiviation que l'on peut stocker directement en centre de stockage, caractérisé en ce qu'on ajoute les cendres à sec à un poids de ciment compris entre 0,20 et 0,70 fois le poids de cendres, puis on réalise un béton en malaxant ces produits secs (cendres et ciment) avec des agrégats, au moins un agent fluidifiant et un poids d'eau permettant de mouiller tout le mélange et d'obtenir une pâte homogène, puis on stocke des blocs solidifiés réalisés avec ce béton. Avantageusement et selon l'invention, le poids d'eau est le poids minimum qui mouille le mélange, et est notamment compris entre 0,4 et 0,7 fois le poids total des cendres et du ciment. Et on mélange les cendres à un poids de ciment compris entre 0,45 et 0,70, notamment de l'ordre de 0,6 fois le poids de cendres. Selon 1 invention, les agrégats sont constitués de sable et sont utilisés à raison de 0 à 600 kg d'agrégats par mètre cube de béton. Avantageusement et selon l'invention, on utilise une proportion d'agent fluidifiant comprise entre 2 % et 3 % en poids de la quantité de ciment. L'agent fluidifiant utilisé peut être un fluidifiant connu dans la fabrication des bétons, notamment un dérivé de naphtalène. Dans un procédé selon l'invention, on peut utiliser en outre au moins un agent plastifiant. L'inventeur a en effet constaté avec surprise que, contrairement à ce qui était considéré jusqu'alors, il est ainsi possible de stabiliser les cendres en les incorporant dans un béton réalisé simplement à partir de ciment tel que du ciment Portland artificiel à la façon des bétons de construction, sans réactif spécifique, et ce bien que les produits obtenus ne soient pas destinés à la construction mais uniquement à leur stockage en décharge. Le procédé selon l'invention permet ainsi d'obtenir des blocs solides destinés à être stockés en décharge incorporant des cendres stabilisées issues de l'incinération de déchets toxiques, caractérisés en ce qu'ils il sont constitués d'un béton obtenu à partir d'un poids de ciment compris entre 0,20 et 0,70 fois le poids de cendres mélangé à un poids d'eau compris entre 0,4 et 0,7 fois le poids total des cendres et du ciment avec des agrégats et au moins un agent fluidifiant. Selon l'invention, un mètre cube de bloc solide ainsi obtenu peut incorporer entre 400 et 1 000 kg de REFIOM, entre 200 et 400 kg de ciment, et entre 0 et 600 kg d'agrégats tels que du sable. Un bloc solide selon l'invention comporte entre 25 et 60 % de cendres telles que des REFIOM, entre 10 et 30 % de ciment, et entre 0 et 15 % de sable. L'invention concerne également un procédé de traitement comprenant en combinaison tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, d'une installation de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention représentée schématiquement sur la figure annexée, et des exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. L'installation représentée sur la figure comporte une bascule 1 recevant des cendres d'un réservoir 2 et du ciment d'un réservoir 3. L'installation comporte un mélangeur 4 recevant les produits secs issus de la bascule 1. Ce mélangeur 4 est alimenté en eau par une conduite 5, en adjuvants (agent fluidifiant et/ou plastifiant) par une conduite 6 reliée à la conduite 5 d'alimentation en eau. Il est également alimenté en agrégats tels que du sable à partir d'un réservoir 8 et d'une bascule 7 à agrégats. Le mélangeur 4 peut être un malaxeur à axe vertical d'un type connu pour la fabrication des bétons de construction. Le béton issu de ce mélangeur 4 est moulé dans des moules 9 en blocs 10 qui, après solidification, peuvent être stockés en décharge. EXEMPLE 1 On a mélangé dans le mélangeur 1 du ciment Portland artificiel 55 de Martre Tolosane avec des cendres d'ordures ménagères (y compris des REFIOM) prélevées en Décembre 1992 selon une proportion en poids de ciment sur le poids de cendres de 0,6. On a réalisé dans le deuxième mélangeur 4 à partir de ce mélange sec un béton dont la composition par mètre cube était la suivante - cendres : 500 kg, - sable 0/6 : 200 kg, - gravier 6/10 : 200 kg, - ciment CPA 55 de Martre Tolosane : 300 kg, - eau : 520 litres, - fluidifiant réducteur d'eau : 15 kg, - plastifiant défloculant : 0,9 kg. On a découpé trois éprouvettes prismatiques dans un bloc réalisé avec ce béton après sa prise, que l'on a soumises à des essais de lixiviation et de compression dont les résultats sont exprimés dans le tableau suivant Valeur limite Eprouvette Eprouvette Eprouvette admissible Eprouvette pour stockage n0 1 n 2 n 3 (norme AFNOR) Couleur incolore incolore incolore Poids 242 g 211 g 211g Moecuremg/kg 0.015 0.015 0.015 0.3 Cadmium mg/kg 0.3 0.3 0.3 5 Plomb mg/kg 1.5 1.5 1.5 30 Arsenic mg/kg 0.15 0.15 0.15 2 chloniemg/kg 3181 3135 3075 25 000 Résistance compression 3moisaprês 4.2 4.6 4.3 1 solidification MPa Les essais de lixiviation ont été réalisés conformément à la norme AFNOR X31-210 avec de l'eau déminéralisée dans un rapport massique d'eau par rapport au poids de l'éprouvette de 10. Les éprouvettes ont été mises en contact dans l'eau avec agitation à mouvement alternatif. Après 16 heures d'agitation, on sépare le lessivat du déchet résiduel et on réitère deux fois, avec le déchet résiduel, ce lessivage de 16 heures suivi d'une séparation. Les quantités de composés toxiques sont analysées dans les lessivats et exprimées en poids de composé par kilogramme de béton. Les valeurs obtenues sont à comparer avec les valeurs limites définies à la norme AFNOR X31-210. EXEMPLE 2 On a réalisé un béton de façon similaire à l'exemple précédent à partir de cendres d'ordures ménagères d'hiver (y compris REFIOM) récoltées le 30 décembre 1992, dont la composition était la suivante - cendres : 500 kg, - sable 0/2 : 400 kg, - ciment Portland artificiel 55 de Martre Tolosane : 300 kg, - eau nécessaire au mouillage : 536 litres, (0,67 fois le poids cendres + ciment), - fluidifiant réducteur d'eau : 9 kg. Les essais de lixiviation et de compression réalisés après la prise sur trois éprouvettes prismatiques découpées dans un bloc moulé avec ce béton ont donné les résultats suivants Valeur ijinle Eprouvette Eprouvette Eprouvette admissible éprouvette Moyenne pour n0 i n 2 n 3 stockage (nonne AFNOR) Poids(g) 190 192 194 192 Carbone organique 51 69 69 63 400 total (mg/kg) Manne (mg/kg) 0.015 0.015 0.015 0.015 0.3 Cadmium (mg/kg) 0.3 0.3 0.3 0.3 5 Plomb (mgtk 1.5 1.5 1.5 1.5 30 Arsenic (mg/kg) 0.15 0.15 0.15 0.15 2 chlorure (mg/kg) 6 540 6 840 7 920 7 110 25 000 Extrait sec (mg/kg) 16 800 18 420 19 680 18 300 50 000 à 1030 C Le béton avait une prise lente, laissait des traces d'humidité dans le moule et le bloc avait une surface supérieure concave et son volume a augmenté lors de la prise. La résistance à la compression du béton mesurée selon la norme NF-P-18406 était de 11,8 MPa. Le poids d'extrait sec obtenu à 1030 C à partir du lessivat traité est indiqué dans le tableau rapporté au poids de l'éprouvette initiale de béton. Un autre bloc de béton a aussi été réalisé avec du sable 0/6 à la place du sable 0/2 et 520 litres d'eau ont permis de mouiller le mélange (0,65 fois le poids cendres + ciment). Le début de prise a été plus prononcé et on a constaté un retrait au lieu d une augmentation de volume. La résistance à la compression a été de 11,1 MPa. EXEMPLE 3 On a réalisé les mêmes essais que dans l'exemple précédent à partir de cendres d'ordures ménagères d'été (y compris REFIOM) récoltées le 28 mai 1993. Avec les mêmes proportions que dans l'exemple précédent et du sable fin 0/2, le mélange a pu être mouillé avec 528 litres d'eau (0,66 fois le poids cendres + ciment). Comme dans l'exemple 2, les essais de lixiviation n'ont pas permis d'atteindre des valeurs détectables concernant le mercure, le cadmium, le plomb et l'arsenic. Le tableau suivant donne les valeurs obtenues pour les chlorures, le carbone organique total et l'extrait sec. Valeur limite éprouvette Ete Louvette admissible Eprouvette Moyenne pour n 1 n 2 n 3 stockage AFNOR) Poids(g) 204 187 194 195 Carbone organique 60 63 69 63.9 400 total (mg/kg) Chlorure (mg/kg) 7 260 9 840 9 960 8 970 25 000 Extllit sec (mg/kg) 17 340 22 800 22980 20 970 50 000 à 103 C La résistance à la compression du béton était de 12,4 MPa. EXEMPLE 4 Les mêmes essais que dans l'exemple 3 ont été réalisés avec des cendres d'ordures ménagères d'été (y compris REFIOM) récoltées le 03 juin 1993 et en utilisant du sable de granulométrie 0/6. Le mélange a pu être mouillé avec 392 litres d'eau (0,49 fois le poids cendres + ciment). Le béton a été mis en place par piquage. Après moulage, on a constaté une remontée d'eau à la surface et le moule était humide. Les essais de lixiviation n'ont pas permis de détecter des traces de métaux lourds. Le tableau suivant donne les résultats pour les chlorures, le carbone organique et l'extrait sec. Valeur limite Epmuvette Eprouvette Eprowate adm'-ible Eprouvette Moyenne pour n0 1 n 2 n 3 stockage (norme AFNOR) Poids (g) 207 214 205 208.6 Carbone organique 51 48 51 51 total (mg/kg) Chlorure (mg/kg) 7 110 7 050 9 090 7 740 25 000 Extrait sec (mg/kg) 19 260 14 400 16 620 16 740 50 000 à 1030 C La résistance à la compression du béton était de 16,6 MPa. EXEMPLE 5 Avec les mêmes cendres que dans l'exemple précédent, on a remplacé le ciment Portland par du ciment alumineux fondu. Le mélange a été mouillé avec 416 litres d'eau (0,52 fois le poids ciment + cendres), mais le béton, très sec, n'a pas pris. EXEMPLE 6 On a réalisé plusieurs bétons comme dans les exemples 1 et 2, mais avec les proportions suivantes (par mètre cube de béton) BETON 1 BETON 2 BETON 3 BETON 4 Cendres (kg) 500 630 1 000 730 Ciment (kg) 300 235 200 146 Sable 0/6 (kg) 400 315 - 292 Eau (l) 392 417 588 429 Fluidifiant (kg) 9 7.09 6 6 Tous les bétons ont pris en huit jours et présentaient une résistance à la compression supérieure à 1 MPa. Le béton 3 présentait quelques fissures. REVENDICATIONS 1/ - Procédé de traitement des cendres issues de l'incinération de déchets toxiques dans lequel on les incorpore dans un mélange comprenant un liant pulvérulent à partir duquel on forme un produit solide stabilisé résistant à la lixiviation que l'on peut stocker directement en centre de stockage, caractérisé en ce qu'on ajoute les cendres à sec à un poids de ciment compris entre 0,2 et 0,70 fois le poids des cendres, et on réalise un béton en malaxant ces produits secs avec des agrégats, au moins un agent fluidifiant et un poids d'eau permettant de mouiller tout le mélange et d'obtenir une pâte homogène, puis on stocke des blocs solidifiés réalisés avec ce béton. 2/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le poids d'eau est le poids minimum permettant de mouiller le mélange. 3/ - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le poids d'eau est compris entre 0,4 et 0,7 le poids total des cendres et du ciment. 4/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on ajoute les cendres à un poids de ciment compris entre 0,45 et 0,70, notamment de l'ordre de 0,6 fois le poids de cendres. 5/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise de 200 à 500 kg d'agrégats par mètre cube de béton. 6/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les agrégats sont constitués de sable. 7/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise une proportion d'agent fluidifiant comprise entre 2 % et 3 % en poids de la quantité de ciment. 8/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'agent fluidifiant est un dérivé de naphtalène. 9/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise, en outre, au moins un agent plastifiant.