Brevet FR2737673A1 — publié le 19970214

La présente invention concerne un procédé de valorisation de déchets constitués de tôles recouvertes sur au moins une face d'une couche de zinc. On désignera dans le présent mémoire ces tôles par tôles zingue'es. L'invention trouve tout particulièrement son application dans la récupération et la valorisation de déchets de tôles zinguées produites par l'industrie automobile au cours de ltélaboration des différentes pièces de voitures constituées desdites tôles, en particulier au cours des opérations d'emboutissage et de découpage desdites tôles. Actuellement, l'industrie automobile consomme, en particulier pour l'élaboration des carrosseries et des portières de voitures, des quantités croissantes de tôles d'emboutissage recouvertes d'une couche de zinc destinée à la protection de ladite tôle contre la corrosion. Les différentes opérations au cours desquelles les carrosseries sont élaborées à partir des tôles conduisent nécessairement à la production de quantités relativement importantes de déchets dits "chutes neuves" de production automobile. Ces déchets sont constitués de fragments de tôles zinguées de tailles diverses et ayant déjà éventuellement subi un certain nombre d'opérations d'emboutissage et de découpe. Il s'agit donc de fragments de tôles zinguées mais qui sont généralement loin d'être plans. Par ailleurs, ces déchets, étant donné le milieu et les conditions dans lesquels ils sont produits, sont généralement plus ou moins souillés par des traces de graisse. Cest à ce type de déchets, initialement entassés plus ou moins en vrac dans les ateliers que s'adresse le procédé de la présente invention. La présence de zinc en quantité relativement importante à la surface des déchets empêche le recyclage direct de ces déchets en fonderie ou en aciérie. En effet, la réutilisation des déchets de tôles zinguées pose différents problèmes quelque soit le type d'aciéries dans lequel on tente ensuite de recycler ces déchets. En effet, d'une façon générale les tôles zinguées utilisées dans l'industrie automobile contiennent en moyenne de 12 à 24 kilos de zinc par tonne de tôle. La fusion des déchets ne peut se faire sans se heurter à différents problèmes liés d'une part au respect des bonnes conditions d'hygiène et de sécurité, d'autre part à la résistance des matériaux utilisés pour réaliser cette fusion. Plus précisément, la présence du zinc rend nécessaire: - d'aspirer et de traiter les fumées, - de contrôler la concentration du zinc dans les poussières recueillies par les filtres, - de contrôler la tenue des filtres dans les conditions auxquelles ils sont soumis, - de capter les fumées, ce qui présente un certain nombre de difficultés, - d'éviter tous les problèmes d'irritation pulmonaire et digestive pour les personnes amenées à travailler dans les ateliers de fusion. Par ailleurs, il est bien connu que, la formation d'un eutectique ZnO/SiO2 dont le point de fusion est de 1342 C peut être à l'origine d'une dégradation des réfractaires constituant le revêtement des fours de fonderie. Par ailleurs, il est également connu que la présence de zinc liquide risque de nuire grandement aux revêtements à base de farine de silice que l'on trouve fréquemment dans les coquilles de centrifugation. On distingue en effet plus précisément trois sortes d'aciéries: - les aciéries électriques, - les aciéries de conversion, - les fonderies à fours à induction. La fusion des déchets de tôles zinguées dans les aciéries électriques pose relativement peu de problèmes au niveau des installations elles-mêmes. Toutefois le principal problème se situe au niveau des poussières où le zinc se trouve concentré, ce qui nécessite un traitement très onéreux. La fusion des chutes de tôles revêtues de zinc dans les fonderies à fours à induction pose, quant à elle, également des problèmes liés tant à la tenue des réfractaires qu'à l'émission des fumées dans les sites. Ainsi donc l'industrie automobile se trouve confrontée à un grave problème de recyclage des déchets constitués de tôles zinguées et cela, quelque soit le type d'aciérie ou de fonderie vers lequel le recyclage des déchets est envisagé. La demanderesse au cours de ses recherches a mis au point un procédé qui, non seulement, permet de résoudre, de façon totalement satisfaisante pour l'environnement, les problèmes posés par le recyclage de ces déchets mais également, permet de valoriser totalement les déchets en récupérant à la fois la tôle sous une forme permettant sa réutilisation en fonderie ou en aciérie et la récupération du zinc dans un état parfaitement pur. Le procédé mis au point par la demanderesse s'applique tout particulièrement aux déchets de tôles zinguées produits dans l'élaboration des automobiles mais il peut également s'appliquer à tous les déchets constitués d'une tôle d'acier recouverte d'une couche de zinc destinée en particulier à la protection anticorrosion de ladite tôle. Ainsi, selon une de ses caractéristiques essentielles, l'invention concerne un procédé de valorisation de déchets constitués de tôles recouvertes sur au moins une face d'une couche de zinc, consistant à soumettre lesdits déchets aux étapes successives suivantes a) une première étape dite de traitement mécanique desdits déchets destinée à améliorer l'accessibilité desdites couches de zinc à une attaque chimique ultérieure, en augmentant la surface d'attaque accessible des parties formant les couches de zinc, d'une part en réalisant la séparation desdites tôles les unes des autres par froissage desdits déchets et, d'autre part, en créant des fissures dans lesdites couches de zinc, b) une deuxième étape dite d'attaque chimique destinée à dissoudre le zinc, par immersion desdits déchets dans un bain basique, c) une troisième étape de séparation des tôles débarrassées du zinc et du bain d'attaque chimique ayant dissous le zinc. Comme on l'a vu précédemment, les déchets qui sont traités selon la présente invention sont généralement des déchets de formes très diverses qui sont entassés en vrac. Il est indispensable pour les raisons exposées précédemment d'éliminer le zinc de façon aussi totale que possible avant toute tentative de fusion des déchets. Cest pourquoi, il est nécessaire de rendre l'attaque chimique aussi totale que possible, de façon à débarrasser au mieux les déchets de la couche de zinc qui les recouvre. Cette opération est rendue possible par la réalisation de la première étape de traitement mécanique qui a pour but d'améliorer l'accessibilité du zinc à l'attaque chimique. Cette première opération de traitement mécanique consiste à améliorer la séparation des tôles les unes des autres, de façon à rendre plus accessibles les couches de zinc à une attaque chimique par une solution basique. Cette opération est réalisée en imposant aux déchets une opération de froissage qui a pour résultat une séparation physique des tôles les unes des autres. Par ailleurs, on améliore l'accessibilité de la couche de zinc accessible par le bain chimique en créant des fissures dans les couches de zinc. Selon une première variante du procédé de l'invention, les deux opérations ci-dessus, constituant la première étape du procédé, sont réalisées simultanément en utilisant un broyeur déchiqueteur. Les déchets sont alors introduits dans ce broyeur déchiqueteur et on provoque le passage de ces déchets à travers des grilles de calibre préalablement déterminé. Ainsi les chutes neuves de ferrailles sont introduites dans un broyeur déchiqueteur où, grâce à un effet combiné de concassage et d'impact, les pièces de ferraille se trouvent déchiquetées et comprimées jusqu'à ce qu'elles puissent passer par les ouvertures de la grille. Après le passage par les ouvertures de la grille, les pièces de ferraille déchiquetées sont rejetées et dirigées vers l'ouverture de sortie du broyeur par l'intermédiaire d'une trémie collectrice. Les déchets issus de cette première étape de broyage ont généralement des dimensions de 10 à 90 cm, avantageusement des dimensions de l'ordre de 30 cm. Les déchets ayant subi cette première étape de traitement mécanique sont ensuite immergés dans un bain basique destiné à dissoudre aussi totalement que possible la couche de zinc recouvrant ces déchets. Le bain basique est avantageusement constitué d'une solution de soude. On choisira des conditions dans lesquelles le zinc se trouve dissous aussi complètement que possible par le bain basique. A titre d'exemple, on réalisera une immersion avec des temps de séjour de l'ordre de 30 à 60 minutes, avantageusement de l'ordre de 45 minutes dans un bain de soude contenant 9 à 11 % de soude en masse, le bain étant maintenu à une température comprise entre 79 et 86 C. les conditions ci-dessus sont données à titre d'exemple. Ces conditions dépendent, bien entendu, de la composition des déchets, en particulier de l'épaisseur de la couche de zinc. les conditions d'attaque chimique pourront être modifiées tant en ce qui concerne la composition du bain basique que sa température et la durée de séjour des déchets dans le bain. Mais d'une façon générale, on choisira des conditions telles qu'il subsiste, après traitement chimique, une teneur en zinc inférieure à 100 ppm dans les déchets de tôles traitées. Il a été constaté que les forces de cisaillement mécanique auxquelles ont été soumis les déchets, lors des opérations de broyage et de déversement préalable avant l'introduction des ferrailles dans le bain d'attaque basique, ouvrent très nettement la couche de zinc sur les ferrailles, à un point tel que le bain basique peut arriver en contact direct avec le fer, ce qui accélère le processus de dissolution du zinc dans le réacteur de dissolution. Après dissolution du zinc, les ferrailles sont retirées du réacteur de dissolution, avantageusement de manière continue, et dirigées vers un système de lavage, destiné à éliminer les traces de bain basique qui peuvent subsister sur lesdites ferrailles après le traitement destiné à dissoudre le zinc. les impuretés huileuses provenant des déchets traités se trouvent mises sous forme d'émulsion lors de l'attaque chimique. On procède avantageusement à l'évacuation en continu de cette émulsion lors de l'attaque chimique, par exemple, en évacuant en continu cette émulsion par l'intermédiaire d'encoches de trop-plein prévues dans le réacteur d'attaque chimique. Après élimination du zinc par dissolution dans le bain chimique, on récupère les ferrailles et on les soumet à une opération de lavage avantageusement à un lavage à contre-courant, destinée à éliminer totalement les traces basiques. Cette opération de lavage est avantageusement réalisée dans un tambour rotatif de nettoyage perforé. L'utilisation d'un tel dispositif pour le lavage permet de récupérer dans un premier temps le liquide qui s'écoule et de le renvoyer vers le réacteur d'attaque chimique. Les tôles débarrassées du zinc qui les recouvre sont ensuite soumises à une étape destinée à densifier les déchets, de façon à respecter le cahier des charges imposé par le type de fonderie où l'on souhaite recycler le produit. Cette étape de densification est réalisée avantageusement par broyage des déchets débarrassés de leur couche de zinc. Cette étape est avantageusement réalisée dans un broyeur-déchiqueteur et la densification est réalisée classiquement en utilisant des conditions telles que l'on réalise un passage en force des déchets à travers les trous de la grille du broyeur, de façon à obtenir la densité souhaitée. Selon une variante particulièrement intéressante du procédé de l'invention, on récupère parallèlement le zinc dissous dans le bain d'attaque chimique après ladite attaque. Cette opération de récupération est réalisée par électrolyse, le bain d'attaque chimique récupéré sera additionné éventuellement des eaux de lavage des ferrailles et servira d'électrolyte. La conductivité de l'électrolyte est ajustée en continu par mesure en continu de son pH. La conductivité est réglée de façon à être comprise avantageusement entre 400 et 500 mmho/cm. L'électrolyte débarrassé du zinc peut être recyclé en continu, après réchauffage, vers le réacteur de dissolution du zinc. On peut utiliser, pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, tout système d'électrolyse comprenant au moins une anode et une cathode, dans des conditions où le zinc se dépose sur la (les) cathode(s). Toutefois, selon une variante particulièrement préférée de l'invention et qui permet de rendre le procédé complet totalement continu, on détache, en continu des cathodes du dispositif d'électrolyse, le zinc qui s'y dépose au cours de l'étape d'électrolyse. Cette étape d'élimination du zinc peut être rendue possible, en choisissant des cathodes de nature particulière qui permettent d'éliminer en continu le zinc déposé, en imposant des vibrations à ces cathodes. Un moyen particulièrement adapté consiste à munir les électrolyseurs de cathodes constituées de magnésium sur lequel le zinc se dépose sous forme de poudre fine ne formant pas de dendrite. Ainsi le zinc déposé s'accroche mal et par conséquent peut être aisément décroché par simples vibrations imposées auxdites cathodes. L'électrolyte contenant l'hydroxyde de zinc est envoyé en continu dans des cellules, par exemple des cellules de 4000 litres chacune, d'un réacteur d'électrolyse à bain liquide. L'électrolyte à base d'hydroxyde de sodium contenant du zinc est avantageusement maintenu à une température de l'ordre de 80 à 85-. Le liquide, arrivant dans chacune des cellules d'électrolyse à travers un ensemble de plaques servant de cathodes et d'anodes, est soumis à un processus d'électrolyse. Il permet de déposer du zinc élémentaire parfaitement pur sur les cathodes. Les cathodes et les anodes agissent comme conducteurs. L'électrolyte agit comme milieu de transport et comme second conducteur pour les ions. La quantité de zinc qui sédimente sur les plaques servant de cathodes dépend, bien entendu, de l'équivalent électrochimique et peut être calculé à partir de la loi générale de Faraday. L'épaisseur de la couche de zinc obtenue sur les plaques servant de cathodes dépend, bien entendu, de l'intensité du courant électrique à cet endroit des plaques. Les couches de zinc qui se déposent sur les cathodes peuvent être détachées à intervalle régulier, en particulier par des forces de vibrations mécaniques externes. Le zinc, ainsi détaché, descend sous forme d'une suspension par gravité vers la sortie des cellules du réacteur d'électrolyse. L'électrolyte contenant le zinc en suspension peut donc être récupéré en continu. On concentre ensuite cette suspension pour récupérer le zinc élémentaire. Par ailleurs, l'électrolyte débarrassé ainsi du zinc récupéré aux cathodes peut être recyclé vers le réacteur de dissolution chimique du zinc. Ainsi donc le procédé décrit dans le mémoire ci-dessus présente l'avantage tout particulier de pouvoir être rendu totalement continu et de permettre un recyclage quasi-total des réactifs utilisés, notamment du bain de dissolution du zinc. L'invention propose donc un procédé qui présente l'avantage tout particulier de pouvoir être réalisé avec des rejets quasi nuls de produits agressifs pour l'environnement. Le procédé de l'invention s'applique tout particulièrement aux déchets appelés chutes neuves de tôles zinguées dans l'industrie automobile, ces déchets étant formés lors des différentes opérations d'élaboration des automobiles à partir des tôles zinguées, en particulier lors des étapes d'emboutissage. Il permet notamment de récupérer à partir de ces déchets des tôles dites tôles dézinguées qui sont réutilisables en fonderie ainsi que du zinc métallique élémentaire. Ainsi le procédé de l'invention permet donc de valoriser totalement un déchet inutilisable directement, en récupérant ses deux constituants essentiels qui peuvent être à leur tour valorisés. Le procédé de l'invention trouve par ailleurs son application pour la valorisation de tous les déchets d'autre provenance, constitués en particulier de tôles recouvertes sur au moins une face d'une couche de zinc, en particulier de tôles emboutissables recouvertes d'une couche destinée à la protection de ladite feuille contre la corrosion. A titre d'exemples d'autres produits auxquels s'applique le procédé de l'invention, on citera les tôles zinguées issues des différentes industries où sont élaborées des pièces d'acier ou de tôle qui doivent être protégées contre la corrosion, par exemple, les pièces destinées aux véhicules de tout type, les bardages et les habillages métalliques, les structures des charpentes métalliques. L'exemple qui suit est donné à titre purement illustratif de l'invention. Exemple: Cet exemple est donné en référence à la figure unique qui représente schématiquement sous forme de rectangles numérotés de 1 à 7 les étapes du procédé selon l'invention. Sur ce schéma, les circuits des produits ont été représentés par des flèches en trait plein, les circuits de l'eau ont été représentés en flèches discontinues. On traite dans l'installation représentée schématiquement sur le schéma de la figure des chutes neuves revêtues d'une couche de zinc et d'huile de coupe issues des usines d'automobiles françaises d'emboutissage profond selon les étapes suivantes: Tout d'abord, on réalise dans l'étape 1 un froissage grossier des tôles dans un broyeur à marteaux articulés montés sur axes et rotor. Le broyeur est d'une puissance de 920 kW. Ce premier broyage est effectué en maintenant le broyeur porte ouverte. Cette première opération permet d'augmenter l'efficacité de l'étape suivante d'attaque chimique, par création de fissures dans la couche de zinc et séparation des tôles éventuellement collées. Les tôles froissées issues de cette première étape 1 sont ensuite soumises à l'étape 2 d'attaque chimique en les plongeant dans un bain de solution caustique titrée à environ 10 %, à 850C et pendant 45 minutes. Le zinc se trouve alors mis en solution au cours de cette étape et ce sont les tôles débarassées de leur revêtement de zinc qui sortent à l'autre extrêmité du bain d'attaque chimique. Après cette étape 2, les produits suivent deux chemins différents: - d'une part, les tôles dézinguées sont rincées à contre-courant dans une étape 3 réalisée dans un crible rotatif équipé de douches, pendant 15 minutes. Une fois rincées, les tôles dézinguées sont ensuite broyées une seconde fois au cours d'une nouvelle étape de broyage 4 réalisée dans un broyeur identique à celui utilisé au cours de l'étape 1. Le broyage dans cette étape 4 se fait dans les mêmes conditions que dans l'étape 1, à l'exception près que le broyage est réalisé dans cette étape, porte fermée. Le produit récupéré à l'issue de cette étape de broyage présente une densité proche de 1,5. Sur les 3000 tonnes de tôles zinguées traitées, on récupère environ 2935 tonnes de tôles dézinguées à l'issue de l'étape 4. - d'autre part, la solution caustique chargée en zinc, issue de l'étape 2, est soumise à une étape 5 d'électrolyse : elle est plus précisémment envoyée dans un dispositif d'électrolyse constitué de 20 cellules coniques de 4000 litres chacune, fonctionnant 24 h sur 24 h et dont la conductivité est de l'ordre de 450 mmho/cm. Les cathodes des cellules sont en magnésium. Une différence de potentiel de 4,2 V est maintenue entre les anodes et les cathodes. Dans ces conditions, le zinc se dépose sous forme d'une poudre fine sur les cathodes et peut être décroché par simples vibrations imposées à ces cathodes et vient se déposer au fond des cuves d'électrolyse. le zinc métallique récupéré au cours de cette étape est ensuite soumis à une étape 6 de décantation/séparation puis à une étape 7 de conditionnement où il est mis sous la forme de disques épais d'environ 25 sur 15 cm. 65 tonnes de zinc sont ainsi récupérées à partir des 3000 tonnes de tôles zinguées traitées. Un avantage tout particulier de l'installation décrite dans cet exemple est qu'elle fonctionne sans rejeter d'eau à l'extérieur de l'installation, la totalité de l'eau introduite se trouvant réutilisée au cours du processus. REVENDICATIONS 1. Procédé de valorisation de déchets constitués de tôles recouvertes sur au moins une face d'une couche de zinc, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre lesdits déchets aux étapes successives suivantes: a) une première étape dite de traitement mécanique desdits déchets destinée à améliorer l'accessibilité desdites couches de zinc à une attaque chimique ultérieure, en augmentant la surface d'attaque accessible des parties formant les couches de zinc, d'une part en réalisant la séparation desdites tôles les unes des autres par froissage desdits déchets et, d'autre part, en créant des fissures dans lesdites couches de zinc, b) une deuxième étape dite d'attaque chimique destinée à dissoudre le zinc, par immersion desdits déchets dans un bain basique, c) une troisième étape de séparation des tôles débarrassées du zinc et du bain d'attaque chimique ayant dissous le zinc. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de traitement mécanique est réalisée dans un broyeur déchiqueteur, en provoquant le passage desdits déchets à travers des grilles de calibre préalablement déterminé. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'attaque basique est réalisée par immersion desdits déchets dans un bain de soude. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tôle récupérée à l'issue de l'étape c) est ensuite soumise à une étape de lavage destinée à éliminer totalement les traces basiques. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de lavage est réalisée par introduction desdites tôles dans un tambour rotatif de nettoyage perforé. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tôle débarrassée du zinc est ensuite soumise à une étape de densification. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite densification est réalisée par broyage desdits déchets. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le bain d'attaque chimique est récupéré et traité par électrolyse pour récupérer le zinc dissous à la (aux) cathode(s). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le zinc se déposant à la (aux) cathode(s) est détaché en continu de ladite (desdites) cathode(s). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la (les) cathode(s) sont constituées de magnésium, de façon à pouvoir éliminer le zinc déposé en continu, en imposant des vibrations à ladite (aux dites) cathode(s). 11. Procédé selon l'une des revendications 9, 10, caractérisé en ce que l'on élimine en continu l'électrolyte contenant en suspension le zinc détaché de ladite (desdites) cathode(s) et que l'on concentre ensuite cette suspension pour récupérer le zinc élémentaire. 12. Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 11, pour valoriser des déchets dits chutes neuves de tôle zinguées dans l'industrie automobile, lesdits déchets étant formés lors des différentes opérations d'élaboration des automobiles à partir desdites tôles zinguées, en particulier lors des étapes d'emboutissage, pour récupérer les tôles dites tôles dézinguées réutilisables notamment en fonderies et/ou du zinc métallique élémentaire. 13. Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 11 pour valoriser un déchet constitué d'une tôle d'acier recouverte sur au moins une face d'une couche de zinc destinée à le protéger contre la corrosion.