Brevet FR2732249A1 — publié le 19961004

La présente invention concerne un procédé de stabilisation de cendres résultant de l'incinération des boues de stations d'épuration des eaux urbaines. I1 est connu de traiter les eaux urbaines dans des stations d'épuration. Après un traitement physico-chimique et biologique complexe destiné à digérer et décomposer la matière organique contenue dans ces eaux, on obtient, en fin de traitement, des boues qui présentent encore un certain potentiel polluant dû à la présence de métaux lourds tels que le plomb,le zinc, ou encore le chrome, voire l'arsenic. Une partie de ces boues est actuellement utilisée en épandage agricole. Elles présentent en effet un pouvoir fertilisant intéressant. Une autre partie, dont le tonnage est en constante augmentation, est incinérée. Cependant, si l'incinération de ces boues est une solution de traitement permettant de réduire la masse et le volume des déchets produits, elle a aussi pour effet de concentrer les métaux lourds dans les cendres qui en résultent. On connaît par ailleurs les matériaux de remblai obtenus par mélange d'une suspension aqueuse de ciment, de cendres de centrale thermique et éventuellement d'argile. La cohésion et la stabilité des terrains traités par ce type de mélange est ainsi améliorée. Les résistances à la compression qui sont recherchées pour ce type d'application sont communément de 2,5 Mpa à 90 jours. La présente invention vise à fournir une solution au problème de la valorisation des cendres issues de l'incinération des boues d'eaux usées en proposant un procédé simple et économique qui permet d'utiliser ces cendres pour fabriquer un produit suffisamment solide et non polluant pour être utilisable comme matériau de remblai. La présente invention a pour objet un procédé de stabilisation de cendres résultant de l'incinération des boues de stations d'épuration des eaux urbaines, qui est caractérisé par le fait qu'il consiste à incorporer ces cendres dans un liant aqueux formé principalement par une poudre d'un produit à base de laitier de haut fourneau, par de la chaux magnésienne et par de l'argile. Ce procédé permet d'obtenir un matériau qui présente, après durcissement, une matrice compacte continue et homogène présentant une bonne résistance mécanique et capable de retenir efficacement les polluants tels que les métaux lourds. I1 peut ainsi constituer un matériau de remblai de bonne qualité. En dehors du fait que le procédé selon l'invention permet de valoriser les cendres issues de l'incinération des boues d'eaux usées, un des avantages que présente le produit ainsi obtenu par rapport aux matériaux de remblai classiques est que, à performances identiques, le produit obtenu selon l'invention est actuellement plus économique à fabriquer que le matériau de remblai classique. De plus, il s'avère, de façon encore inexpliquée, que pour traiter ces cendres d'incinération de boues, une combinaison de laitier et de chaux magnésienne permet d'obtenir des niveaux de performance que l'on ne peut atteindre avec des ciments classiques tels que les CLK, CLC, ou CHF. En effet, à quantités de cendres, de liant et d'eau egales, un mélange préparé à partir d'un liant composé de laitier et de chaux magnésienne présente une résistance à la compression à 90 jours deux fois plus élevée qu'un mélange préparé à partir de CLK45 par exemple. Selon l'invention, on entend par poudre de laitier, du laitier de haut fourneau broyé, du ciment de laitier de haut fourneau ou toute autre poudre d'un produit contenant du laitier de haut-fourneau. Conformément à l'invention, le produit à base de laitier a avantageusement des dimensions de grains inférieures à 200 Hm, et de préférence inférieures à 100 Sm. La proportion en poids de poudre de laitier est avantageusement comprise entre environ 5 et 30 % par rapport aux cendres sèches, et de préférence entre 10 et 25 %. Conformément à l'invention, la chaux magnésienne, contient de préférence environ 66 % en poids d'oxyde de calcium (CaO) et 33 % en poids d'oxyde de magnésium (MgO). La proportion en poids de chaux magnésienne est avantageusement comprise entre 5 et 50 % par rapport au liant aqueux. Selon l'invention, on peut aussi incorporer au mélange de l'argile telle que de la bentonite ou tout autre composé argileux susceptible de fixer une grande quantité d'eau de manière à stabiliser la suspension et éviter la formation d'eau surnageante ou "ressuée". La proportion d'argile est avantageusement inférieure à 5 % et est de préférence comprise entre 0,5 et 4,5 % par rapport à la quantité d'eau contenue dans le mélange constitué par les cendres et le liant aqueux. Enfin, selon les besoins et en fonction des applications, il est possible d'ajouter au mélange un accélérateur de prise des ciments à base de laitier, choisi parmi ceux connus de l'homme du métier comme par exemple Cacl2, Li2CO3, Na2CO3, Aluminate ou silicate de sodium, etc... Le rapport en poids de la quantité de matières sèches sur la quantité d'eau du mélange constitué par les cendres et le liant aqueux est avantageusement compris entre 1 et 1,35, et préférentiellement entre 1,1 et 1,3. La présente invention a également pour objet le matériau obtenu par mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, ainsi que l'utilisation de ce matériau comme matériau de remblai. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant deux exemples donnés à titre non limitatif. Exemple 1 Pour valoriser 1500 kg de cendres comprenant 498 kg d'eau et 1002 kg de matière sèche, dont notamment 35,7 % en poids de Si02, 9,63 % en poids de A1203, 20,99 % en poids de CaO, 3,14 % en poids de Fe2O3, 15 % en poids de P205, 2,08 % en poids de S03, et, par kg de matière sèche 44 mg d'As, 2200 mg de Fe, 200 mg de Cr, 1000 mg de Pb, 2900 mg de Zn, 10 mg de Ni, 10 mg de Cd, moins de 0,lmg de Hg, on les incorpore à un mélange ayant la composition suivante Poudre de laitier 225 kg Chaux magnésienne 75 kg Argile 15 kg Eau 615 kg Le mélange obtenu peut-être utilisé en tant que matériau de remblai. Des mesures sont effectuées sur une éprouvette de ce mélange et le suivi de la résistance à la compression (Rc) dans le temps donne les résultats suivants Age (jours) Rc (MPa) 28 1,46 45 1,72 60 2,13 90 2,53 L'éprouvette, une fois solidifiée, est soumise au test de lixiviation selon la norme X31211 et les analyses sur le lixiviat ainsi obtenu montrent que les métaux lourds présents dans l'éprouvette sont parfaitement fixés par la matrice liante. En effet, les concentrations trouvées sont reportées dans le tableau suivant. Métal quantité détectée (mg/kg) As moins de 0,15 Fe non détecté Cr 0,6 Cr moins de 0,015 Pb moins de 3 Zn 0,15 Ni 0,9 Cd moins de 0,3 Hg moins de 0,015 Exemple 2 1500 kg de cendres de même composition qu'à l'exemple 1 sont incorporés dans un mélange ayant la composition suivante Poudre de laitier 270 kg Chaux magnésienne 80 kg Argile 15 kg Eau 615 kg Sur une éprouvette extraite de ce mélange, le suivi dans le temps de la résistance à la compression donne les résultats suivants Age (jours) Rc(MPa) 28 2,42 45 3,3 60 3,35 90 4,55 L'éprouvette solidifiée est soumise au test de lixiviation selon la norme X31211 et les analyses sur le lixiviat ainsi obtenu montrent que les métaux lourds présents dans l'éprouvette sont parfaitement fixés par la matrice liante.En effet, les concentrations trouvées sont reportées dans le tableau suivant Métal quantité détectée (mg/kg) As moins de 1,5 Cr moins de 0,3 Cr moins de 0,15 Pb moins de 1,5 Zn moins de 0,6 Ni moins de 0,3 Cd moins de 0,3 Hg moins de 0,15 Exemple comparatif A titre de comparaison, on a mélangé 1500 kg des mêmes cendres avec un mélange comportant, à la place de la poudre de laitier et de la chaux magnésienne, du ciment CLK 45. Le mélange a donc la composition suivante Cendres 1500 kg CLK45 300 kg Argile 15 kg Eau 615 kg Le suivi dans le temps de la résistance a la compression d'une éprouvette donne les résultats suivants Age(jours) Rc(MPa) 28 l,11 45 1,19 60 1,30 90 1,38 On voit que le fait de remplacer le ciment CLK par du laitier et de la chaux magnésienne, comme dans l'exemple 1, améliore considérablement les propriétés mécaniques du matériau obtenu. A défaut d'utiliser le laitier et la chaux magnésienne, le matériau obtenu ne présente pas une résistance à la compression suffisamment élevée pour constituer un matériau de remblai. REVENDICATIONS 1 - Procédé de stabilisation de cendres résultant de l'incinération des boues de stations d'épuration des eaux urbaines, caractérisé par le fait qu'il consiste à incorporer ces cendres dans un liant aqueux formé principalement par une poudre d'un produit à base de laitier de haut fourneau, par de la chaux magnésienne et par de l'argile. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la poudre produit à base de laitier de haut fourneau présente une granulométrie inférieure à 200 Hm et de préférence inférieure à 100 Hm. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la proportion en poids du produit à base de laitier de haut fourneau par rapport aux cendres sèches est comprise entre environ 5 et 30 %, et de préférence entre 10 et 25 %. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la proportion en poids de la chaux magnésienne par rapport au liant aqueux est comprise entre 5 et 50 %. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on ajoute de l'argile au mélange constitué par les résidus et le liant aqueux dans des proportions évitant la ressuée du mélange. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la proportion en poids d'argile par rapport à l'eau du mélange constitué par les cendres et le liant aqueux est inférieure à 5 % et est de préférence comprise entre 0,5 et 4,5 %. 7 - Procédé selon la revendication l, caractérisé par le fait que le mélange constitué par les cendres, le liant aqueux et éventuellement d'autres composants, présente un rapport en poids de la quantité de matières sèches sur la quantité d'eau compris entre 1 et 1,35, et de préférence entre 1,1 et 1,3. 8 - Matériau obtenu par mise en oeuvre du procédé selon lune quelconque des revendications 1 à 7. 9 - Utilisation du matériau selon la revendication 8 comme matériau de remblai.