Brevet FR2743737A1 — publié le 19970725

La présente invention concerne le domaine technique du traitement et de la valorisation optimum des résidus solides, scories, déchets ou mâchefers provenant de l'incinération d'ordures ménagères au sens général. Dans le domaine technique ci-dessus, les déchets ou mâchefers obtenus après l'incinération des ordures ménagères posent un problème particulièrement délicat à résoudre en ce qui concerne leur destination ou utilisation en raison, notamment, des produits toxiques qu'ils contiennent. I1 apparaît, en effet, que ces mâchefers contiennent des éléments solubles, en particulier des métaux lourds, susceptibles d'entraîner une pollution par lixiviation. La principale destination de ces mâchefers est le stockage dans les décharges, ce qui constitue une solution non satisfaisante tant sur le plan économique que sur le plan écologique. Une autre voie d'utilisation des mâchefers consiste, après la mise en oeuvre d'un procédé de traitement, à les incorporer, dans une proportion relativement faible, dans des sous-couches d'assises de voies de circulation ou de roulement. Une telle technique présente un coût qui peut être considéré comme voisin de la mise en oeuvre de matériaux de remblais traditionnels, de sorte que l'utilisation des mâchefers en sous-couches n'apparaît pas être une solution acceptable du point de vue économique, mais également sur le plan écologique en raison des risques de pollution évoqués ci-dessus. I1 a été également proposé de valoriser le mâchefer en récupérant les divers composants le constituant. I1 a été ainsi proposé d'extraire, notamment, le verre contenu dans les mâchefers, afin d'envisager leur recyclage dans la filière verre. Une telle technique ne donne pas satisfaction en pratique, dans la mesure où le traitement préalable ne permet pas de débarrasser les fragments de verre de toute la pollution qui les recouvre et, notamment, d'une grande proportion d'oxyde de fer qui, lors de la réincorporation dans les fours de fusion ultérieure, a pour incidence quasi rédhibitoire de colorer le verre fortement en noir. Par ailleurs, le fait d'extraire les particules de verre des déchets a pour incidence positive de réduire leur masse mais pour incidence négative d'accroître le degré de pollution des déchets résiduaires qui peuvent être considérés comme ultimes et dont la mise en décharge implique alors de considérer un changement de catégorie ayant pour conséquence une augmentation du coût de mise en décharge. L'examen des diverses solutions connues fait apparaître un problème quant à la destination des déchets obtenus à partir de l'incinération des ordures ménagères. L'objet de l'invention vise donc à remédier à ce problème en proposant un procédé pour valoriser les mâchefers d'incinération des ordures ménagères, ce procédé constituant une solution adaptée aussi bien du point de vue économique, qu'écologique. Pour atteindre cet objectif, le procédé selon l'invention pour valoriser le mâchefer d'incinération d'ordures ménagères, consiste à valoriser l'ensemble des substances constitutives du mâchefer en effectuant les étapes de traitement suivantes - sécher ledit mâchefer, afin qu'il présente un taux d'humidité résiduel de moins de 3 %, - broyer le mâchefer pour obtenir une poudre présentant une granulométrie moyenne inférieure à une valeur compnse entre 10 et 500 zm et, de préférence, entre 10 et 150 ym, - et choisir la granulométrie moyenne de cette poudre, afin qu'elle se trouve adaptée à celle d'un milieu d'incorporation avec lequel la poudre est destinée à être mélangée en vue d'obtenir un matériau donné. Le procédé selon l'invention vise donc à valoriser l'ensemble des composants d'un mâchefer brut en vue d'obtenir une poudre présentant des caractéristiques granulométriques précises et une composition chimique déterminée suivante (en % sur sec) - SiO2 : 40 - 65 -A1203: 4-18 -Fe203 : 0-15 - CaO : 5 - 25 - MgO : 0 - 3 - Na20: 3 - 15 -K2O: 0-2. L'objet de l'invention vise également à proposer un matériau comportant un milieu à base d'argile dans lequel est incorporé entre 2 et 20 % de poudre conforme à l'invention. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. L'objet de l'invention concerne un procédé permettant de valoriser des déchets ou mâchefers obtenus à la suite de l'incinération d'ordures ménagères au sens général. De tels mâchefers, désignés usuellement par l'appellation abrégée MIOM, contiennent généralement de 10 à 30 % de verre et silicate, présentent une granulométrie comprise entre 0 à 30 mm, ainsi qu'un taux d'humidité compris entre 15 à 30 % d'eau. Le procédé selon l'invention vise à valoriser l'ensemble des substances constitutives d'un tel mâchefer en effectuant les étapes de traitement suivantes sur le mâchefer brut sorti des fours d'incinération. Une étape du procédé selon l'invention consiste à maîtriser l'humidité dudit mâchefer brut, afin qu'il présente un taux d'humidité résiduel inférieur à 3 %. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le séchage du mâchefer est effectué en deux étapes successives. La première consiste à entreposer, à l'abri et à l'air libre, le mâchefer en vue de procéder à un séchage naturel pour faire baisser le taux d'humidité initial à un taux d'humidité résiduel de l'ordre sensiblement de 15 %. I1 a été constaté que le séchage naturel à l'air libre du mâchefer, pendant une durée comprise entre 2 et 60 jours et, de préférence, de l'ordre de 21 jours, était suffisant pour arriver à la maturation souhaitée. Après cette phase de séchage naturel, une deuxième étape vise à procéder à un séchage forcé du mâchefer, afin que ce dernier atteigne son taux d'humidité résiduel définitif inférieur à 3 %. Cette deuxième étape est réalisée au moyen de tous types de moyens techniques connus, tels que des appareils connus de séchage industriel adapté, du type cylindre Trommel, vis d'Archimède, micro-ondes ou lit fluidisé. Le procédé selon l'invention consiste, également, à assurer le broyage du mâchefer ainsi séché, afin d'obtenir une poudre dont la granulométrie moyenne est inférieure à une valeur comprise entre 10 et 500 zm et, de préférence, entre 10 et 150 ym. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, I'opération de broyage s'effectue en une première phase permettant de ramener la granulométrie moyenne du mâchefer à une valeur inférieure sensiblement à 1 mm. Cette phase de broyage peut être réalisée, par exemple, par autobroyage ou par l'intermédiaire d'un cylindre interne excentré. Le mâchefer pré-broyé subit, ensuite, une deuxième phase de broyage, afin d'obtenir une poudre présentant une granulométrie moyenne déterminée. Par exemple, cette deuxième phase de broyage est réalisée par l'intermédiaire d'un broyeur à boulets ou un broyeur à barres. Le mâchefer broyé subit ensuite des recyclages successifs afin d'obtenir une poudre présentant une granulométrie moyenne déterminée. Il est à noter que les opérations de broyage peuvent être précédées, éventuellement, d'une opération de récupération des composants métalliques magnétiques et/ou non magnétiques inclus dans le mâchefer. De façon complémentaire, il est à noter que cette opération de récupération peut être complétée par un criblage du mâchefer à environ 0 - 30 mm. Par ailleurs, il est à considérer que l'ordre des opérations de séchage et de broyage est indifférent. La poudre ainsi réalisée est, de préférence, amenée dans un étage de ventilation-séchage couplé à un séparateur dynamique. I1 est ainsi obtenue une poudre sèche, de granulométrie déterminée, susceptible d'être mise en sachets, afin d'être prête pour toute utilisation ultérieure adaptée. Une telle poudre a une composition chimique comprise entre les limites suivantes (en % sur sec) - SiO2 40 - 65 - A12O3 4 - 18 - Fe203 0 - 15 - CaO 5 - 25 -MgO 0-3 -Na20 3-15 -K20 0-2. Il est à noter que le procédé selon l'invention vise à utiliser l'ensemble des composants d'un mâchefer brut en n'éliminant pas de produits ou de fractions gênantes au cours du processus de traitement, à l'exception de quelques % de métaux magnétiques par ailleurs non polluants. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé de valorisation du mâchefer vise à incorporer la poudre obtenue dans un milieu à base d'argile, de manière à obtenir un matériau de base destiné à être utilisé pour fabriquer des produits ou des articles en argile cuite, tels que, par exemple, des briques, des tuiles, des carrelages, des poteries ou des céramiques. Le procédé de valorisation selon l'invention consiste à mélanger 2 à 20 % de ladite poudre à un milieu d'incorporation à base d'argile. Par exemple, le milieu d'incorporation comporte au moins de l'argile humide mélangé avec du sable. La poudre est incorporée à un tel milieu, soit en tant que produit de substitution, soit en tant que produit fondant. I1 a été ainsi mis en évidence qu'il était avantageux de mélanger 5 à 10 % de ladite poudre présentant une granulométrie moyenne inférieure à 500 ym en tant que produit de substitution. Dans le même sens, il a été constaté qu'il était avantageux de mélanger 2 à 10 % et, par exemple, 4 % d'une poudre selon l'invention, présentant une granulométrie moyenne inférieure à 100 zm en tant que produit fondant. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, la poudre est mélangée au milieu d'incorporation à base d'argile, selon un pourcentage donné, de manière à assurer l'incorporation dans ce milieu, d'oxyde de sodium (Na20) dans- une plage comprise entre 0,04 et 3,2 % en poids par rapport au mélange. I1 est à noter que, lorsque le taux d'incorporation d'oxyde de sodium approche la valeur de 0,6 %, il en résulte une amélioration des propriétés du matériau obtenu et, notamment, en ce qui concerne sa tenue aux acides, sa porosité et sa contrainte maximale. I1 en résulte, également, un abaissement des températures de cuisson du matériau de base pouvant atteindre jusqu'à 50" C. Cet abaissement des températures de cuisson du matériau de base dépend de la teneur en fondants de la poudre, à savoir des composants Na20, K20 et CaO. Le procédé selon l'invention vise à valoriser ainsi un mâchefer brut en obtenant une poudre sèche broyée de granulométrie déterminée qui est adaptée à la granulométrie du milieu dans lequel la poudre est destinée à être incorporée. Cette poudre est ainsi incorporée dans un milieu à base d'argile, en vue d'obtenir un matériau de base qui est destiné à être utilisé pour fabriquer divers produits ou articles à base d'argile cuite. Un tel matériau de base subit, ensuite, les diverses étapes des procédés habituels de fabrication desdits produits. I1 peut ainsi être obtenu des articles de différentes destinations, tels que des tuiles ou des briques dont les aspects visuels ne sont pas modifiés mais dont les propriétés mécaniques, physiques et chimiques sont nettement améliorées, en particulier, la tenue au gel, la porosité, la résistance aux attaques acides ou basiques. De plus, I'incorporation de cette poudre dans le matériau de base permet d'abaisser la température de cuisson de tels articles. REVENDICATIONS: I - Procédé pour valoriser un mâchefer d'incinération d'ordures ménagères, caractérisé en ce qu'il consiste à valoriser l'ensemble des substances constitutives du mâchefer en effectuant les étapes de traitement suivantes - sécher ledit mâchefer, afin qu'il présente un taux d'humidité résiduel inférieur à 3 %, - broyer le mâchefer pour obtenir une poudre présentant une granulométrie moyenne inférieure à une valeur compnse entre 10 et 500 zm et, de préférence, entre 10 et 150 zm, - et choisir la granulométrie moyenne de cette poudre, afin qu'elle se trouve adaptée à celle d'un milieu d'incorporation avec lequel la poudre est destinée à être mélangée en vue d'obtenir un matériau donné. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à sécher le mâchefer en procédant, dans une première phase, à un séchage naturel afin que le mâchefer présente un taux d'humidité résiduel de l'ordre sensiblement de 15 % et, dans une deuxième phase, à un séchage forcé afin que le mâchefer atteigne son taux d'humidité résiduel définitif. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser le séchage naturel du mâchefer pendant une durée comprise entre 2 et 60 jours et, de préférence, de l'ordre de 21 jours. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à récupérer, avant l'opération de broyage, les composants métalliques magnétiques et/ou non magnétiques inclus dans le mâchefer. 5 - Procédé selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer le broyage du mâchefer en effectuant une première phase de broyage permettant de ramener la granulométrie moyenne du mâchefer à une valeur de l'ordre de 1 mm, suivie par une deuxième phase de broyage pour obtenir une poudre présentant la granulométrie moyenne inférieure à la valeur fixée. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger 2 à 20 % de ladite poudre à un milieu d'incorporation à base d'argile, en vue d'obtenir un matériau donné. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger 2 à 10 % de ladite poudre, dont la granulométrie moyenne est inférieure à 500 ym, en tant que produit de substitution. 8 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger 2 à 20 % de ladite poudre, dont la granulométrie moyenne est inférieure à 100 zm, en tant que produit fondant. 9 - Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger un pourcentage donné de poudre, de manière à assurer l'incorporation dans le milieu, d'oxyde de sodium dans une proportion comprise entre 0,04 et 3,2 % en poids par rapport au mélange. 10 - Poudre obtenue à partir d'un procédé de valorisation d'un machefer d'incinération d'ordures ménagères conforme à la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une granulométrie moyenne inférieure à une valeur comprise entre 10 et 500 ym et, de préférence, entre 10 et 150 Mm. 11 - Poudre selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle présente la composition chimique suivante (en % sur sec) - SiO2 : 40 - 65 - A1203 : 4 - 18 -Fe203 : 0 - 15 - CaO : 5 - 25 - MgO: 0 - 3 -Na2O: 3-15 -K20: 0-2. 12 - Matériau comporant un milieu à base d'argile, caractérisé en ce qu'il comporte entre 2 à 20 % de poudre conforme à la revendication 10 ou 11. 13 - Application d'un matériau conforme à la revendication 12 à la réalisation de produits à base d'argile cuite, du type tuiles, briques, poteries, céramiques.