Brevet FR2740060A1 — publié le 19970425

Procédé de valorisation de résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets et matériau de construction comprenant lesdits résidus. L'invention concerne un procédé de valorisation de résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets, un matériau de construction comprenant lesdits résidus et du laitier de haut fourneau vitrifié moulu, ainsi que l'utilisation desdits résidus pour la fabrication de ce matériau de construction. Les déchets, qu'ils soient d'origine industrielle ou constitués d'ordures ménagères, de par leur production toujours croissante, sont la cible d'une législation de plus en plus drastique tant sur le plan de leur traitement que sur celui de leur stockage. Ainsi, après avoir été stabilisés et solidifiés par différents procédés d'inertage, les solidifiats de résidus d'épuration des fumées d'incinération sont classiquement mis en décharge. Ceci se résume donc à laisser à l'abandon des blocs de matériaux inertes, désormais considérés comme inutilisables, tout en ne pouvant plus être à l'origine d'aucune nuisance si ce n'est celle de créer des paysages peu agréables. La présente invention propose un moyen d'utiliser les matériaux constitutifs de ces blocs de façon non seulement à éviter leur mise en décharge, solution qui tôt ou tard atteindra ses limites, ne serait-ce que d'un point de vue de l'espace consacré auxdites décharges qui petit à petit se réduit, mais également à les valoriser d'une façon économiquement intéressante. La Société Demanderesse a en effet mis au point, à l'issue d'études approfondies, un procédé de valorisation des résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets (que ces déchets soient d'origine industrielle ou constitués d'ordures ménagères - REFIOM -) et mettant en oeuvre un autre résidu industriel, à savoir du laitier de haut fourneau vitrifié moulu. La mise en oeuvre du procédé de valorisation des résidus conformes à l'invention a notamment pour but de permettre la fabrication d'un matériau de construction de faible coût, assimilable du point de vue de ses caractéristiques mécaniques à une brique ou à un bloc creux en béton. Cependant, le laitier n'est pas et ne se comporte pas comme un ciment traditionnel, en ce sens qu'il a besoin, pour faire prise, d'un activateur. En fait, plusieurs activateurs entrent dans la constitution chimique normale des résidus que le procédé conforme à l'invention se propose de valoriser et peuvent se présenter sous la forme de CaSO4, CaCl2, Ca(OH)2, CaO, CaClOH ou de composés de ces minéraux. Bien entendu, une quantité minimale d'activateur est requise pour activer une certaine quantité de laitier. Toutefois, il est à souligner que, dans le cadre de la présente invention, aucun activateur supplémentaire n'est nécessaire. Il est à noter que d'autres constituants des résidus, tels que NaCl ou KC1, peuvent intervenir sur les conditions de la prise du matériau. Le procédé de valorisation des résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets conforme à l'invention est donc caractérisé par le fait qu'il consiste à mélanger des résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets, du laitier de haut fourneau vitrifié moulu et une saumure saturée en éléments solubles des déchets, dans des proportions telles que - le rapport résidus:laitier soit compris entre 5:95 et 40:60, de préférence entre 15:85 et 25:75, - la quantité globale de saumure saturée mise en oeuvre représente de 25 à 45 % par rapport au mélange solide laitier:résidus, de préférence de 25 à 35 % dans le cas d'une mise en place par compactage et de l'ordre de 45 % dans le cas d'une mise en place par vibration. Les résidus comprennent au moins - 10 % en poids de calcium, sous forme de Ca(OH)2, CaO, CaSO4 ou CaCl2 par exemple, - 2 % en poids de Sulfates, sous forme de CaSO4, Na2S04 par exemple, - 5 % en poids de chlore, sous forme de NaCl, KCl ou CaCl2 par exemple. La saumure saturée est préparée à partir d'eau et de résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets se trouvant sous forme de sels, préalablement à son mélange avec le laitier, de façon à faciliter la dissolution ultérieure des éléments constitutifs des REFIOM activateurs du laitier. Il est à souligner que, à partir d'une certaine quantité de résidus, il est possible de se dispenser de l'utilisation de la saumure, remplacée alors par de l'eau. Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé de valorisation conforme à 1 invention consiste notamment à: - réaliser une saumure saturée à partir d'eau et des résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets, - mélanger et malaxer le laitier avec les 4/5 de la quantité globale de saumure saturée mise en oeuvre, - ajouter à ce mélange les résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets et poursuivre le malaxage, - ajouter au mélange ainsi obtenu le 1/5 restant de la quantité globale de saumure saturée mise en oeuvre et poursuivre le malaxage, - introduire le mélange final dans des moules, - stocker les moules avant démoulage en atmosphère d'humidité inférieure à 85 %. Selon un mode de réalisation encore plus avantageux, le procédé de valorisation conforme à l'invention consiste a - réaliser le malaxage du laitier et des 4/5 de la saumure à une vitesse comprise entre 40 et 200 tours/minute, de préférence de l'ordre de 140 tours/minute, pendant une durée comprise entre 20 et 60 secondes, de préférence de l'ordre de 30 secondes, - poursuivre le malaxage après ajout des résidus au précédent mélange à même vitesse pendant une durée comprise entre 20 et 60 secondes, de préférence de l'ordre de 30 secondes, puis pendant une durée comprise entre 50 secondes et 70 secondes, de préférence de l'ordre de 60 secondes, à une vitesse comprise entre 100 et 350 tours par minute, de préférence de l'ordre de 285 tours par minute, - poursuivre encore le malaxage après ajout du 1/5 de saumure restant à une vitesse comprise entre 100 et 350 tours par minute, de préférence de l'ordre de 285 tours par minute pendant une durée comprise entre 50 secondes et 70 secondes, de préférence de l'ordre de 60 secondes. Avantageusemenet, dans le but de faciliter la mise en place du matériau, d'obtenir une meilleure maniabilité ou une meilleure compacité du matériau, au cours du procédé de valorisation conforme à l'invention, on ajoute au mélange un ou plusieurs adjuvants choisis parmi les superplastifiants réducteurs d'eau ou fluidifiants, les retardateurs de prise, les antimoussants. Les susdits adjuvants peuvent être ajoutés au mélange soit individuellement soit en combinaison en une quantité représentant de 0,5 à 5 % en poids de matière solide, cette quantité étant fixée en fonction du résidu à traiter et des conditions de mise en oeuvre exigées. Pour un résultat optimum, l'adjuvant ou les adjuvants est ou sont ajouté(s) au mélange soit lors de la première phase d'incorporation de l'eau, soit lors de la seconde phase d'incorporation de l'eau, suivant le résidu à traiter et les conditions de mise en oeuvre exigées. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, l'introduction du mélange final dans les moules peut être effectuée - par vibration, ce qui permet une mise en place simple par coulage du matériau dans les moules, - par compactage, ce qui permet non seulement de prévoir, pour la fabrication des solidifiats à compacter, une quantité d'eau très inférieure à celle nécessaire pour une mise en place traditionnelle par coulage, indépendamment de l'utilisation de réducteurs d'eau tels que décrits plus haut, mais également un démoulage immédiat du solidifiat ainsi obtenu, le compactage s'effectuant préférentiellement à une pression de l'ordre de 1 MPa. Avantageusement, le stockage des moules est effectué dans une atmosphère présentant un taux d'humidité compris entre 55 et 85 %, de préférence entre 60 et 70 %, et une température comprise entre 15 et 30 C, de préférence de l'ordre de 20 C. L'invention concerne également un matériau de construction tel que pouvant être obtenu par la mise en oeuvre du procédé de valorisation conforme à l'invention. Le matériau de construction conforme à l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend des résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets, du laitier vitrifié moulu, et une saumure saturée (ou de l'eau lorsque la quantité de résidus utilisée le permet). Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la composition du matériau de construction est telle que - le rapport résidus:laitier est compris entre 5:95 et 40:60, de préférence compris entre 15:85 et 25:75, - la saumure représente de 25 à 45 % par rapport au poids de la phase solide, de préférence de 25 à 35 % pour une mise en place du matériau par compactage, et de l'ordre de 45 % pour une mise en place du matériau par vibration. Les résidus comprennent au moins - 10 8 en poids de calcium, sous forme de Ca(OH)2, CaO, CaSO4 ou CaCl2 par exemple, - 2 % en poids de Sulfates, sous forme de CaSO4, Na2SO4 par exemple, - 5 % en poids de chlore, sous forme de NaCl, KC1 ou CaCl2 par exemple. Selon ce mode de réalisation avantageux de l'invention, le matériau de construction présente une résistance en compression à 28 jours supérieure à 8MPa, de préférence supérieure à 15 MPa. La présente invention concerne également l'utilisation de résidus d'épuration des fumées d incinération de déchets pour la fabrication d'un matériau de construction. Elle ne se limite pas à la description qui en a été faite ci-dessus mais en englobe au contraire toutes les variantes. En particulier, dans le cas d'une réalisation sur chantier, certaines modifications peuvent être apportées. L'exemple qui suit, réalisé en laboratoire, illustre la présente invention et permet de mieux la comprendre mais il ne peut aucunement être considéré comme limitatif. ExemPle : On a valorisé des Résidus d'Epuration des Fumées d'incinération d'Ordures Ménagères (REFIOM), issus d'un procédé sec, avec un laitier de haut fourneau vitrifié moulu, dans les proportions suivantes - on a fait varier le rapport résidus:laitier dans les proportions suivantes : 5/95 ; 10/80 ; 20/80 ; 30/70. - la quantité globale de saumure mise en oeuvre représente 30 % en poids par rapport au poids de la phase solide (REFIOM + laitier). La saumure était préparée 24 heures avant le malaxage avec une quantité suffisante de REFIOM pour permettre sa saturation en sels solubles. La composition chimique en éléments majeurs du REFIOM est donnée dans le tableau 1. La composition chimique du laitier ainsi que ses caractéristiques physiques sont données dans le tableau 2. Tableau 1 : Composition chimique du REFIOM issu d'un procédé sec ELEMENTS % SUR MASSE SECHE C 1,3 Cl 6,2 Ca exprimé en CaO 50,5 Si exprimé en SiO2 23,4 Al exprimé en Al203 13,4 Fe exprimé en Fe203 2,5 Mg exprimé en MgO 2,3 S exprimé en S03 1,8 Na exprimé en Na2O 0,5 K exprimé en K20 0,5 Surface spécifique Blaine : Masse volumique apparente 9600 cm2 : 0,4 g/cm3 Tableau 2 Composition chimique et caractéristiques physiques du laitier ELEMENTS EXPRIMES EN % SUR MASSE SECHE OXYDES SiO2 33,24 Fe,O, 0,99 Al203 10,38 CaO 45,49 MgO 6,13 K20 0,54 Na2O 0,35 Mn203 0,34 Surface spécifique Blaine : Masse volumique réelle 3030 cm2/g 2,9 g/c.3 On a mélangé ce REFIOM avec le laitier, suivant un mode de malaxage préférentiel - on incorpore les 4/5 de la quantité totale de saumure avec le laitier, on malaxe à une vitesse de 140 tours par minute pendant une durée de 30 secondes. - On incorpore le REFIOM, on malaxe à une vitesse de 140 tours par minute pendant une durée de 30 secondes. - On malaxe le mélange décrit ci-dessus à une vitesse de 285 tours par minute pendant une durée de 1 minute. - On incorpore le 1/5 de la saumure restante, on malaxe à une vitesse de 285 tours par minute pendant une durée de 1 minute. On a incorporé le mélange dont la réalisation est décrite ci-dessus dans des moules de dimensions 4x4x16 cm suivant un mode de mise en place préférentiel - on incorpore ledit mélange dans un moule de dimensions normalisées suivant la norme EN 196-1 (moule prévu pour 3 éprouvettes 4x4x16 cm), en répartissant la même masse de matériau dans chacun des 3 compartiments. - On applique sur le matériau une pression de 1 MPa uniformément répartie. - On démoule les éprouvettes 1 heure après leur mise en place en veillant à ne pas appliquer de flexion sur celles-ci. On a réalisé des essais de résistances mécaniques sur les matériaux âgés de 35 jours, suivant la norme EN 196.1. Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 3. Tableau 3 Caractéristicrues mécaniques à 35 jours des solidifiats de REFIOM Résistance à Résistance Masse Rapport la traction à la volumique résidu/laitier par flexion compression apparente (MPa) (MPa) (g/c-3) 5:95 1,69 10,25 1,65 10:90 2,81 15,5 1,66 20:80 3,84 21 1,67 30::70 3,63 18 1,60 Le matériau de construction ainsi obtenu présente donc des résistances mécaniques tout à fait satisfaisantes, compatibles avec les normes actuellement en vigueur. Il est à noter en particulier que l'augmentation de la quantité de résidus s'accompagne, jusqu'à 20 %, d'une augmentation de la résistance à la compression, et qu'audelà de 20 %, les résistances semblent se stabiliser. Des essais de résistances en compression réalisés à 90 jours ont montré une augmentation des résistances dans le temps de l'ordre de 30 %. I1 est à souligner que le matériau décrit ci-dessus à 20 % de résidus a été soumis au test de lixiviation suivant la norme X 31-210 et qu'il répond parfaitement aux critères de stabilisation vis-à-vis de la stabilisation des métaux lourds. Les résistances obtenues dans le cas présent sont comparables à celles de briques utilisées en construction. REVENDICATIONS 1. Procédé de valorisation des résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets, caractérisé par le fait qu'il consiste à mélanger lesdits résidus avec du laitier de haut fourneau vitrifié moulu, et une saumure saturée en éléments constitutifs desdits résidus, l'activation du laitier étant réalisée par lesdits éléments constitutifs des résidus. 2. Procédé de valorisation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange des résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets, du laitier de haut fourneau vitrifié moulu et de la saumure est effectué dans des proportions telles que - le rapport résidus:laitier soit compris entre 5:95 et 40:60, de préférence entre 15:85 et 25:75, - la quantité globale de saumure saturée mise en oeuvre représente de 25 à 45 t en poids par rapport au mélange solide laitier-résidus, de préférence entre 25 et 35 % dans le cas d'une mise en place par compactage, et de l'ordre de 45 % dans le cas d'une mise en place par vibration. 3. Procédé de valorisation selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les résidus comprennent au moins 10 % de chaux, 5 % de chlore et 2 % de sulfates. 4. Procédé de valorisation selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il consiste - à réaliser une saumure saturée à partir d'eau et des résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets, - à mélanger et malaxer le laitier avec les 4/5 de la quantité globale de saumure mise en oeuvre, - à ajouter à ce mélange les résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets et à poursuivre le malaxage, - à ajouter au mélange ainsi obtenu le 1/5 restant de la quantité globale de saumure mise en oeuvre et à poursuivre le malaxage, - à introduire le mélange final dans les moules, - à stocker les moules avant démoulage en atmosphère d'humidité inférieure à 85 %. 5. Procédé de valorisation selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il consiste à - réaliser le malaxage du laitier et des 4/5 de la saumure à une vitesse comprise entre 40 et 200 tours/minute, de préférence de l'ordre de 140 tours/minute, pendant une durée comprise entre 20 et 60 secondes, de préférence de l'ordre de 30 secondes, - poursuivre le malaxage après ajout des résidus au précédent mélange à même vitesse pendant une durée comprise entre 20 et 60 secondes, de préférence de l'ordre de 30 secondes, puis pendant une durée comprise entre 50 secondes et 70 secondes, de préférence de l'ordre de 60 secondes, à une vitesse comprise entre 100 et 350 tours par minute, de préférence de l'ordre de 285 tours par minute, - poursuivre encore le malaxage après ajout du 1/5 de saumure restant à une vitesse comprise entre 100 et 350 tours par minute, de préférence de l'ordre de 285 tours par minute, pendant une durée comprise entre 50 secondes et 70 secondes, de préférence de l'ordre de 60 secondes. 6. Procédé de valorisation selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une étape au cours de laquelle on ajoute un ou plusieurs adjuvants choisis parmi les superplastifiants fluidifiants ou réducteurs d'eau, les retardateurs de prise, les antimoussants. 7. Procédé de valorisation selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la quantité du ou des adjuvants mis en oeuvre représente de 0,5 à 5 % en poids de matière solide laitier-résidus, cette quantité étant fixée en fonction des caractéristiques dudit résidu. 8. Procédé de valorisation selon l'une ou l'autre des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que l'ajout du ou des adjuvants est effectué lors des phases d'incorporation de l'eau, le choix de la première ou de la deuxième phase se faisant en fonction de l'adjuvant et du résidu. 9. Procédé de valorisation selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'introduction du mélange final dans les moules est effectué par vibration. 10. Procédé de valorisation selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'introduction du mélange final dans les moules est effectué par compactage. 11. Procédé de valorisation selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le compactage est appliqué à une pression de l'ordre de 1 Mpa. 12. Procédé de valorisation selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le stockage des moules est effectué dans une atmosphère présentant un taux d'humidité compris entre 55 et 85 %, de préférence entre 60 et 70 %, et une température comprise entre 15 et 30 C, de préférence de l'ordre de 20 C. 13. Procédé de valorisation selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que lorsqu'une quantité suffisante de REFIOM, supérieure à 15 %, est utilisée, la saumure est remplacée par de l'eau. 14. Matériau de construction comprenant des résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets, du laitier de haut fourneau vitrifié moulu, et de la saumure, dans lequel - le rapport résidus:laitier est compris entre 5:95 et 40:60, de préférence entre 15:85 et 25:75, - la saumure ou l'eau représente 25 à 45 % en poids de la masse solide laitier-résidus, de préférence de 25 à 35 % dans le cas d'une mise en place par compactage et de l'ordre de 45 % dans le cas d'une mise en place par vibration, 15. Matériau de construction selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les résidus comprennent au moins 10 % de chaux, 2 % de sulfates et 5 % de chlore. 16. Matériau de construction selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé par le fait qu'il présente une résistance à la compression à 28 jours supérieure à 8 MPa et de préférence supérieure à 15 MPa.