Brevet FR2802915A1 — publié le 20010629

La présente invention concerne un dispositif de vitrification thermique de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique en coulée continue et en atmosphère confinée, avec piegeage de toute vapeur ou toute particule solide qui pourrait résulter du process par un brouillard aqueux submicronique, neutralisant ou non, selon la nature du déchet amianté à traiter, la neutralisation pouvant tout aussi bien être acide ou basique, émulsifiante ou non émulsifiante. Ainsi, l'invention peut s'appliquer à la vitrification de déchets amiantés provenant du déflocage, des bouteilles en acier réformées ayant contenu de l'acétylène, du fibrociment, et autre matériaux vitrifiables contenant de l'amiante. On connaît par la demande de brevet enregistrée sous le numéro de dépôt FR9703151, le dispositif de vitrification de déchets amiantés par induction en spire directe relevant des techniques dites d'autocreuset, la paroi du creuset étant une virolle métallique fendue le long d'une génératrice et refroidie par circulation d'eau. Cette demande de brevet concerne essentiellement un dispositif de fusion de l'amiante par une différence de potentiel appliquée aux bords de la fente transformant la paroi de la virolle en inducteur, et les avantages afférents à cette technique de fusion des oxydes conducteurs à haute température. On connaît aussi par la demande de brevet enregistrée sous le numéro de dépôt FR9607262, un dispositif de fusion en creuset des déchets amiantés faisant appel à l'induction, en utilisant les pertes diélectriques des fibres à traiter dans un premier couplage, le deuxième couplage étant du type inductif. Cette demande de brevet concerne aussi essentiellement un dispositif de fusion de l'amiante par induction. On connaît également par la demande de brevet enregistrée sous le numéro de dépôt FR9714260, la destruction de l'amiante qu'engendrerait un puissant agent de déshydroxylation gazeux comme le silane. A la différence avec cet état de la technique, la présente invention ne se limite pas à un dispositif de chauffage pour la vitrification de déchets amiantés, mais concerne un dispositif de destruction de déchets amiantés dans un process incluant la production d'un mélange de base de verre silico-sodo-calcique en atmosphère confiné étanche, sa fusion et sa coulée continue en four tubulaire chauffé par électricité, gaz ou liquides combustibles, et un traitement exhaustif des gaz pouvant résulter de la décomposition des divers types de déchets amiantés, la finalité étant l'obtention d'un verre silico-sodo-calcique à partir d'amiante essentiellement chrysotile contenue dans des déchets amiantés, dans des conditions de parfaite sécurité pour l'homme et son environnement immédiat ou non. Ce dispositif se distingue de la vitrification de déchets amiantés par torche à plasma par une atmosphère non turbulente, réduisant au minimum l'entraînement de particules amiantées dans le flux gazeux pratiquement inexistant dans le cas du dispositif faisant l'objet de la présente demande de brevet. Ce dispositif se distingue également de la vitrification de déchets amiantés en creuset par chauffage à induction, par la coulée continue engendrée par l'inclinaison de quelques degrés, par rapport à l'horizontale, de l'unique tube constituant le four électrique ou à combustibles, liquide ou gazeux, utilisé dans le présent dispositif de vitrification de déchets amiantés. Ce dispositif se distingue aussi de la vitrification de déchets amiantés en four à induction ou par torche à plasma, par la composition du mélange de fusion engendrant un verre silico-sodo-calcique, avec la présence de chaux (CaO) apportée par le carbonate de calcium, et la présence d'oxyde de sodium (NazO) apportée par le carbonate de sodium. Une concentration type pour chacun des composants précités, et donnée à titre d'exemple, la formulation pouvant varier en donnant néanmoins un verre silico-sodo-calcique, est pondéralement de 74% d'amiante contenue (Mgr [(OH)4Si04]I pour la variété chrysotile le plus fréquemment rencontrée dans les déchets amiantés), 13% d'oxyde de calcium (CaO) contenu, et 13% d'oxyde de sodium (Na2O) contenu, en tenant compte que les 13% d'oxyde de calcium (CaO) sont fournis par la correpondance de 23,2% de carbonate de calcium anhydre (CaCO3), et les 13% d'oxyde de sodium (Na 20) par la correspondance de 22,2% de carbonate de sodium anhydre (Na2C03), compte tenu de l'élimination d'une molécule de dioxyde de carbone (COI) par molécule de carbonate de calcium et sodium. Ce dispositif se distingue enfin de ceux cités précédemment par la pluralité du mode de chauffage adaptée au tube unique incliné constituant le four de vitrification, à savoir par induction, par chauffage électrique direct sur le tube constituant le four, par électrode de graphite ou de molybdène, ou par brûleur(s) alimenté(s) au gaz propane, butane ou autre, la combustion étant assurée par de l'oxygène pur ou par l'oxygène de l'air. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de vitrification de déchets amiantés, qui comprend essentiellement la réalisation d'un mélange en atmosphère confinée étanche des constituants d'un verre silico-sodo-calcique réputé insoluble par lixivation, dans un container autonome, déplaçable et adaptable à un four tubulaire incliné comportant une butée interne de retenue pour la coulée en continu du verre silico-sodo-calcique formé, l'introduction du mélange brut de déchets amiantés et des composés atoxiques pour la formation d'un verre silico-sodo-calcique se faisant par gravité dans la tête du four de vitrification, et véhiculés dans la zone de fusion de ce même four par une vis sans fin, à une vitesse d'introduction compatible avec la capacité de fusion, afin d'obtenir un laitier homogène, liquide, se déversant par débordement dans une cuve d'eau ou dans une lingotière en vue d'obtenir un déchet mampulable rigoureusement non toxique, la vapeur d'eau obtenue dans le cas de la coulée en cuve d'eau étant condensée dans l'enceinte confinée, le traitement des gaz et des fumées étant assurée d'une manière exhaustive par un brouillard neutralisant selon le type de déchets amiantés engagé, constitué de micelles d'eau submicroniques engendrées par dispersion ultrasonore, avec récupération du condensat recyclable dans le four de fusion, et rejet à l'atmosphère du gaz carbonique (COI) résultant de la formation du verre silico-sodo-calcique à partir des carbonates de calcium et sodium engagés. Dans son principe, le dispositif accepte tout type de déchets amiantés vitrifiables et broyables par des moyens mécaniques assurant simultanément l'homogénéisation des déchets avec la charge carbonatée. Cette seule manipulation, bien quelle ne soit pas limitative dans le process selon la nature de l'emballage effectué par le producteur du déchet amianté à vitrifier, est destinée à réduire au maximum le risque d'asbestose pour le personnel présent sur le site de traitement. Selon un mode de réalisation préféré, la sécurité du personnel sur le site de traitement est assurée au chargement dans le four tubulaire de la matière à vitrifier par deux vannes à vérin, l'une étant positionnée à la base du réservoir de préparation/stockage du mélange à vitrifier, l'autre au sommet du cône d'admission des déchets, solidaire du four tubulaire; l'ouverture des deux vannes à vérin est pratiquée au chargement du déchet amianté, et carbonaté, à vitrifier, la fermeture des deux mêmes vannes étant pratiquée au changement de résevoir de préparation/stockage, pour une fusion continue, sans risque de perte de particules amiantées dans le proche environnement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif de vitrification thermique de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique avec coulée continue et en atmosphère confinée sous brouillard aqueux à micelles submicroniques. Figure 1 est un schéma de principe de la vue d'ensemble, en coupe verticale, du process de vitrification de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique en atmosphère confinée, conforme à la présente invention; l'inclinaison de quelques degrés du tube cylindrique constituant le four n'est pas représentée sur le schéma; Figure 2 est un schéma de principe détaillant la position de la retenue du bain silico-sodo-calcique fondu pour le débordement en coulée continue, dans la zone de chauffage, et l'illustration du changement du résevoir de préparation/stockage du mélange à vitrifier; Figure 3 est un schéma de principe détaillant la possibilité de chauffage du four tubulaire par induction, et représentant la vanne à verin d'ouverture permettant le passage du déchet amianté carbonaté vers le four tubulaire de fusion lorsque le réservoir de préparation/stockage du mélange à vitrifier est positionné sur le cône d'admission en tête du four précité; Figure 4 est un schéma de principe détaillant la possibilité de chauffage du four tubulaire par brûleur à gaz ou oxygaz, avec le même détail relatif à la vanne à vérin solidaire du cône d'admission en tête du four précité. Le dispositif de vitrification thermique de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique avec coulée continue et en atmosphère confinée sous brouillard aqueux à micelles submicroniques, dont la figure 1 donne une vue d'ensemble, comprend un réservoir 1 utilisé pour le broyage du déchet amianté si nécessaire, et son homogénéisation avec les carbonates de calcium et de sodium, afin de réaliser une poudre homogène 2 correpondant à une composition silico-sodo-calcique vitrifiable, constituée de silicates apportés par l'amiante des déchets, d'oxyde de calcium apporté par le carbonate de calcium, et d'oxyde de sodium apporté par le carbonate de sodium. Une composition de verre silico-sodo-calcique, à titre d'exemple, la formulation pouvant varier en donnant néanmoins un verre silico-sodo-calcique avec une teneur en amiante toujours proche de 75%, est pondéralement de 74% d'amiante contenue (Mg6 [(OH)4Si04]2 pour la variété chrysotile le plus fréquemment rencontrée dans les déchets amiantés), 13% d'oxyde de calcium (CaO) contenu, et 13% d'oxyde de sodium (Na2O) contenu, en tenant compte que les 13% d'oxyde de calcium (CaO) sont fournis par la correpondance de 23,2% de carbonate de calcium anhydre (CaC03), et les 13% d'oxyde de sodium (Na2O) par la correspondance de 22,2% de carbonate de sodium anhydre (Na2C03), compte tenu de l'élimination d'une molécule de dioxyde de carbone (CO') par molécule de carbonate de calcium et sodium. La composition précitée laisse apparaître les premiers cristaux à 1100 C sous forme de tridymite, qui est une silice cristallisée stable au dessus de 870 C. Le mélange vitrifiable 2 est intoduit par l'ouverture des vannes à vérin 3 et 4 dans la goulotte 5 située en tête du four tubulaire 6, et véhiculé, par une vis sans fin 7 montée "étanche" par un presse étoupe sur un moto-réducteur 30, dans la partie du four tubulaire 6 chauffée, à titre d'exemple, par induction 8, par chauffage électrique direct sur le tube constituant le four, par électrode de graphite ou de molybdène, ou par brûleur(s) 9 alimenté(s) au gaz propane 10, butane ou autre, la combustion étant assurée par de l'oxygène pur 11 ou par l'oxygène de l'air. Le maintient d'un lit de fusion est assuré par une butée 12, permettant la coulée continue de verre silico-sodo-calcique par débordement 13, dans dans une cuve d'eau 14, ou dans une lingotière, en vue d'obtenir un déchet manipulable 15 rigoureusement non toxique, la vapeur d'eau obtenue dans le cas de la coulée en cuve d'eau étant condensée dans l'enceinte confinée 16, par un condenseur à circulation d'eau 19, le traitement des gaz et des fumées étant assurée d'une manière exhaustive par un brouillard neutralisant 17 selon le type de déchets amiantés engagé, constitué de micelles d'eau submicroniques engendrées par dispersion ultrasonore 18. Le brouillard 17 constitué de micelles d'eau submicroniques, neutralisant ou non selon le type de déchets amiantés engagé, est transformé en eau par un condenseur 20, avec récupération du condensat 21, en vue d'un prétraitement par filtration et/ou recyclage des composés piègés dans le four de vitrification 6. Le gaz carbonique (CO') résultant de la formation du verre silico-sodo-calcique à partir des carbonates de calcium et sodium engagés, est rejeté à l'atmosphère 22. Le réservoir 1 de préparation/stockage du mélange vitrifiable de déchets amiantés et de carbonates de calcium et sodium 2, comporte un arbre 23 équipé de pales qui assurent le broyage et l'homogénéisation des constituants du mélange vitrifiable silico-sodo-calcique, l'arbre précité étant entrainé par un moto-réducteur 25. L'arbre tournant 23 est monté étanche par presse-étoupe sur le couvercle 26 du réservoir 1 de préparation/stockage, le couvercle 26 étant lui même fixé à la virolle 27 solidaire du réservoir 1. L'orifice 28, est fermé "étanche" après chargement des composants du mélange vitrifiable silico-sodo-calcique 2, et la phase broyage/homogénéisation est alors réalisée en milieu totalement confiné sans aucun risque de pollution pour l'homme et son environnement, la vanne à vérin 3 étant bien évidemment fermée. L'opération de chargement des composants du mélange vitrifiable silico-sodo-calcique 2, et la phase broyage/homogénéisation est réalisée en amont, dans le temps, de la vitrification, permettant ainsi la coulée continue silico-sodo-calcique. Pour ce faire, l'opération précitée est réalisée dans deux ou plusieurs réservoirs de préparation/stockage totalement indépendants les uns des autres, comme le montre clairement la figure 2. Lorsqu'un réservoir 1 est totalement vide de son mélange vitrifiable silico-sodo-calcique 2, contrôlé par un détecteur de niveau du type "radar" à titre d'exemple, les deux vannes à vérin 3 et 4 sont fermées, le four de fusion 6 reste en fonctionnement, et la quantité de mélange vitrifiable contenu dans la goulotte 5 assure la continuité du cycle de vitrification pendant le changement 29 du réservoir de préparation/stockage 1 ; les vannes 3 et 4 sont alors ouvertes, et le cycle de traitement est repris sans coupure de vitrification du mélange silico-sodo-calcique. Le dispositif de vitrification thermique de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique en coulée continue et en atmosphère confinée, avec piegeage de toute vapeur ou toute particule solide qui pourrait résulter du process par un brouillard aqueux submicronique, neutralisant ou non, selon la nature du déchet amianté à traiter, la neutralisation pouvant tout aussi bien être acide ou basique, émulsifiante ou non émulsifiante, précédemment décrit, est applicable entre autres à -la vitrification de déchets amiantés provenant du déflocage, -la vitrification de l'amiante contenue dans les bouteilles en acier réformées ayant contenu de l'acétylène, -la vitrification du fibrociment, et autre matériaux vitrifiables contenant de l'amiante, -la vitrification des laines de verre , de roche, ou autres matières fibreuses vitrifiables contenant le radical SiO2. Le four tubulaire 6 est réalisable en matériau conducteur ou non conducteur de l'électricité, selon le mode le chauffage utilisé. Ainsi l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention, telle que définie dans les revendications, en réalisant le four 6 en céramique "haute température" pour la fusion du mélange vitrifiable par rayonnement, ou en réalisant ce même four 6 en métal ou alliage de métaux à haut point de fusion, ou en associant les deux types de materiaux à sa réalisation, avec amorçage de la fusion par électrodes de graphite, de molybdène ou de tungstène. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de vitrification thermique de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique avec coulée continue et en atmosphère confinée, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir étanche (1) de préparation et de stockage du mélange vitrifiable, un four (6) tubulaire incliné horizontalement de quelques degrés, selon sa capacité de fusion horaire,avec alimentation du mélange vitrifiable silico-sodo-calcique par vis sans fin (7) motorisée par un moto-réducteur (30), le four (6) maintenant un lit de fusion assuré par une butée (12) permettant la coulée continue de verre silico-sodo-calcique par débordement (13), une enceinte en atmosphère confinée (16) recevant la matière fusionnée dans une cuve d'eau (14), ou dans une lingotière, cette enceinte confinée (16) comportant un condenseur (19) pour l'eau vaporisée à la coulée du verre silico-sodo-calcique (15),dans le cas de la coulée en cuve d'eau (14), un transducteur ultrasonique (18) pour la production de brouillard aqueux à micelles submicroniques (17), et transformé en eau par un condenseur (20), avec récupération du condensat (21), et un rejet du dioxyde de carbone à l'atmosphère (22). 2 - Dispositif de vitrification thermique de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique avec coulée continue et en atmosphère confinée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir de préparation/stockage (1) est interchangeable en cours de process de vitrification et coulée continue, par un réservoir de préparation/stockage (1) identique au premier ou aux précédents dans sa conception et ses équipements. 3 - Dispositif de vitrification thermique de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique avec coulée continue et en atmosphère confinée selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réservoir de préparation/stockage (1) comporte en équipement propre un arbre (23) équipé de pales qui assurent le broyage et l'homogénéisation des constituants du mélange vitrifiable silico-sodo-calcique, l'arbre précité étant entrainé par un moto-réducteur (25), l'arbre tournant (23) étant monté étanche par presse-étoupe sur le couvercle (26) du réservoir (1) de préparation/stockage, le couvercle (26) étant lui même fixé à la virolle (27) solidaire du réservoir (1), une vanne à vérin (3) assurant l'étanchéité du réservoir (1) durant la phase broyage/homogénéisation réalisée en milieu totalement confiné, et un orifice (28) fermé "étanche" après chargement des composants du mélange vitrifiable silico-sodo-calcique (2). 4 - Dispositif de vitrification thermique de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique avec coulée continue et en atmosphère confinée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le four de fusion de configuration tubulaire (6) comprend une goulotte (5) de chargement avec fermeture/ouverture étanche par une vanne à vérin, en tête du four tubulaire (6), une vis sans fin (7) motorisée par un moto-réducteur (30), une butée (12) maintenent un lit de fusion permanent assurant la coulée continue de verre silico-sodo-calcique par débordement (13), le four tubulaire (6) étant incliné de quelques degrés par rapport à l'horizontale, cette inclinaison pouvant varier selon le débit de la coulée continue de verre silico-sodo-calcique en fonction de la puissance de chauffe et du type de chauffage utilisé. 5 - Dispositif de vitrification thermique de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique avec coulée continue et en atmosphère confinée selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte en atmosphère confinée (16) recevant la matière, fusionnée dans le four (6), dans une cuve d'eau (14), ou dans une lingotière, cette enceinte confinée (16) comportant un condenseur (19) pour l'eau vaporisée à la coulée du verre silico-sodo-calcique (15),dans le cas de la coulée en cuve d'eau (14), le gaz ambiant étant essentiellement du dioxyde de carbone issu de la réaction chimique de la formation du verre silico-sodo-calcique. 6 - Dispositif de vitrification thermique de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique avec coulée continue et en atmosphère confinée selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enceinte en atmosphère confinée (16) comprend un transducteur ultrasonique (18) pour la production de brouillard aqueux à micelles submicroniques (17), neutralisant ou non selon le type de déchets amiantés engagé, et transformé en eau par un condenseur (20), avec récupération du condensat (21), en vue d'un prétraitement par filtration et/ou recyclage des composés piègés dans le four de vitrification (6), et un rejet du dioxyde de carbone à l'atmosphère (22). 7 - Dispositif de vitrification thermique de déchets amiantés en verre silico-sodo-calcique avec coulée continue et en atmosphère confinée selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la composition de verre silico-sodo-calcique, à titre d'exemple, la formulation pouvant varier en donnant néanmoins un verre silico-sodo-calcique avec une teneur en amiante toujours proche de 75%, est pondéralement de 74% d'amiante contenue (Mg6 [(OH)4Si04]2 pour la variété chrysotile le plus fréquemment rencontrée dans les déchets amiantés), 13% d'oxyde de calcium (CaO) contenu, et 13% d'oxyde de sodium (Na2O) contenu, en tenant compte que les 13% d'oxyde de calcium (CaO) sont fournis par la correpondance de 23,2% de carbonate de calcium anhydre (CaCO3), et les 13% d'oxyde de sodium (Na2O) par la correspondance de 22,2% de carbonate de sodium anhydre (Na2C03), compte tenu de l'élimination d'une molécule de dioxyde de carbone (C02) respectivement par molécule de carbonate de calcium et sodium.