Brevet FR2824003A1 — publié le 20021031

BR33568/CR/FT/ml VALORISATION DES RESIDUS GROSSIERS ET POREUX D'ORIGINE INDUSTRIELLE DOMAINE TECHNIQUE s L'invention concerne un procédé permettant la valorisation de résidus poreux de granulométrie grossière d'origine industrielle qui sont difficiles à stocker en raison de leur porosité, de leurs caractéristiques mécaniques médiocres et/ou de leur faible densité et/ou de leur toxicité, tels que les résidus ultimes de biens de consommation courante constitués d'un enchevêtrement de métaux, de matières plastiques, de o verres, d'hydrocarbures et d'autres composés organiques, chacun de ces matériaux étant en quantité trop faible pour être économiquement exploitable. Il s'agit en particulier des déchets ultimes de broyage des véhicules automobiles, d'appareils métalliques ou électriques divers (produits électroménagers, mobilier urbain, véhicules électriques, etc...) ou encore des cendres de foyers de centrales électriques thermiques. ETAT DE LA TECHNIQUE Les déchets ultimes sont des déchets résultant ou non du traitement des déchets, qui ne sont plus susceptibles d'être traités dans les conditions techniques et économiques du moment, notamment par extraction de la part valorisable de ces déchets ou par réduction de leur caractère polluant ou dangereux. De tels déchets sont essentiellement des solides minéraux ou organiques plus ou moins imprégnés d'huiles industrielles. Ils sont en général peu récctifs, peu évolutifs, peu solubles mais ils présentent un potentiel polluant en raison dé la présence d'hydrocarbures et de composés métalliques, ces derniers étant, par percolation ou lixiviation, susceptibles d'être entranés par les eaux de pluie. Les résidus ultimes de broyage, non valorisables économiquement, résultent, après o broyage des véhicules automobiles et autres appareils métalliques ou électriques - 2 divers hors d'usage, de la valorisation matière des fractions métalliques séparables. Ces résidus ultimes se caractérisent par une faible densité et une grande porosité, ce qui pose à la fois des problèmes de percolation en milieu naturel et de tenue mécanique en remblai. Même s'ils contiennent peu d'éléments toxiques, leur porosité est telle qu'elle favorise la percolation: les eaux de pluie peuvent facilement les traverser et, enrichies à leur contact en métaux lourds et en matières organiques, elles risquent de polluer les nappes phréctiques. Peu denses, présentant une granulométrie grossière, ces déchets sont très sensibles o aux problèmes d'envolement car ils n'ont pas la consistance suffisante pour être stockés en l'état dans des sites naturels. De plus, leurs caractéristiques mécaniques étant médiocres, ces déchets ne peuvent pas être facilement entossés et compactés (le compactage permettrait de diminuer significativement la vitesse de percolation). Ils ne peuvent donc pas non plus être utilisés pour le remblaiement de s mines ou de carrières. Tout ceci grève le coût de leur mise en décharge. Sous formes de particules poreuses, avec une granulométrie hétérogène, les cendres de foyer de centrales thermiques présentent des problèmes d'instabilité moindres mais, par leur porosité et leur potentiel polluant, elles présentent des o problèmes mise en décharge comparables. PROBIEME POSE Pour faciliter leur mise en décharge, de tels déchets ultimes doivent être stabilisés. Un déchet est considéré comme stabilisé non seulement quand sa perméabilité à l'eau et sa fraction lixiviable ont été réduites mais aussi quand sa tenue mécanique a été améliorée. La demanderesse a donc cherché à mettre au point un traitement de stabilisation de déchets ultimes qui soit satisfaisant sur le plan économique. r - 3 OBJET DE L'INVENTION L'objet selon l'invention est un procédé permettant la valorisation de résidus grossiers et poreux d'origine industrielle caractérisé en ce que lesdits résidus sont mélangés s avec les résidus insolubles issus de l'attaque alcaline du procédé Bayer de fabrication de l'alumine. Les résidus grossiers et poreux sont par exemple les résidus ultimes du traitement des déchets ménagers et industriels qui, après broyage, sont typiquement des granulats o peu denses constitués d'un enchevêtrement de métaux, de matières plastiques, de verres, d'hydrocarbures et d'autres composés organiques Il peut s'agir également des cendres des foyers des centrales thermiques qui, bien que moins sujettes à l'envolement que les précédents résidus, présentent des problèmes de mise en décharge comparables. Il peut également s'agir d'un mélange de cendres de foyers de centrales thermiques et de résidus ultimes de broya ge d es prod u its é l ectroména gers et des vé hic u l es a u to mo bil es. De manière générale, lesdits résidus insolubles issus de l'attaque alcaline du procédé o Bayer de fabrication de l'alumine, ou "boues rouges", ont, une fois sortis du dernier bac de la chane de lavage ("laveur"), contiennent une humidité voisine de 8û% (teneur pondérale) et, comme matières solides, essentiellement de l'oxyde de fer sous forme de sesquloxyde de fer Fe203, des aluminosilicates naturels hydratés (zéolites) et de l'oxyde de titane TiO2. Elles présentent un granulométrie assez fine avec un D5û voisin de 5 et quelques particules plus grossières ayant un D5û pouvant atteindre 5ûû p. ' i En sortie du dernier laveur, lesdites boues rouges peuvent être versées directement dans les bassins de décantation, o par lagunage, I'humidité est abaissée o progressivement jusqu'à 3û % environ. Mais on peut également accélérer l'obtention - 4 de boues à faible taux d'humidité en utilisant des dispositifs particuliers appelés "épaississeurs" qui, placés en aval du dernier laveur, permettent de ramener l'humidité des boues rouges à 5û% environ (taux pondéral). En profitant du fait qu'avec un tel taux d'humidité les boues présentent un comportement thixotrope, s on pompe celles-ci pour les verser sur des tos coniques dont la base a un diamètre de plusieurs centaines de mètres et qui présentent une faible pente (quelques dogrés au maximum). Avec une telle technique, dénommée "dry- stacRing", les boues rouges s'étalent sur ces tos en formant une couche de faible épaisseur, si bien que l'eau peut s'évaporer rapidement. Les boues ainsi versoes peuvent voir leur o humidité baisser rapidement jusqu'à 30% environ avant que 1'on effectue le versement d'une nouvelle couche sur ledit tos conique. Avec un degré d'humidité inférieur à 30%, typiquement compris entre 25 et 30%, les boues rouges se prêtent bien au mélange selon l'invention. On peut mélanger lesUits déchets avec les boues rouges sans précaution particulière. Il suffit de prélever par exemple à la pelle mécanique les résidus inertes dans la lagune ou le tos de "dry-stacking" puis de les mélanger, même grossièrement, avec lesdits résidus poreux à l'aide de ladite pelle mécanique. On ne recherche pas nécessairement l'obtention d'un mélange particulièrement homogène mais il est préférable qu'au moment o le mélange est effectué, lesdites boues rouges présentent une humidité résiduelle encore assez élevée, typiquement supérieure à 25%, ce qui est toujours le cas lorsque 1'on utilise sans attendre trop longtemps les boues rouges prélevées en lagune ou sur le tos de "dry-stacking". Une telle humidité facilite les conditions de mélange de telle sorte que les résidus ultimes, sous forme de granulats grossiers, peuvent être facilement confinés, c'est-à-dire enrobés par lesdites boues rouges et leur imprégnation. - 5 La teneur volumique de chaque constituant varie de 2û% à 8û%, de préférence de % à 7û%, ou mieux encore de 4û% à 6û%. La teneur optimale varie en fonction des propriétés recherchées pour le résidu traité. Ce dernier peut avantageusement être utilisé comme un matériau inerte de remblaiement des mines et carrières et/ou s comme un sol propice à la plantation de végétaux. Jusqu'à la présente invention, aucun des constituants pris isolément ne pouvait être valorisé en quantités significatives: les déchets ultimes parce qu'ils présentent des pro blèmes d 'envolement, ne sont pas compactables et so nt susce ptibles de o contenir des polluants lixiviables, les boues rouges parce qu'elles forment un sol très lourd, non acré, peu propice à la croissance des végétaux. La demanderesse a constaté que les boues rouges, résidus insolubles issus de l'attaque alcaline des bauxites par le procédé Bayer, apportent audit mélange trois propriétés essentielles: - une adsorption notable des métaux lourds et composés organiques; - une diminution drastique de la percolation du fait du confinement des résidus poreux; - une amélioration de la tenue mécanique. L'effet synergique associé aux deux premières propriétés consiste en une réduction extrêmement forte de la fraction lixiviable des résidus. La troisième propriété complète les conditions nécessaires pour stabiliser les résidus en vue de leur mise en décharge ou de leur emploi pour le remblaiement des mines et carrières, notamment à ciel ouvert. Inversement, I'apport des ces résidus poreux et grossiers aère les boues rouges, le mélange devenant un sol tout à fait apte aux plantations ou, simplement, à une reprise spontanée de la végétation. L'utilisation en tant que sol permet de consommer les boues rouges en quantités significativement plus importantes so qu'avant la présente invention, lesdites quantités pouvant atteindre l'ordre de - 6 grandeur des quantités produites par les usines de fabrication d'alumine, ce qui permet d'envisager enfin une solution économiquement satisfaisante alternative au rejet en mer, qui est de moins en moins accepté et dont l'interdiction prévue à court terme est une constante menace de fermeture des installations industrielles existantes. Ce type de mélange peut servir à remblayer des carrières ou sites analogues avec, pour résultats positifs: - la rébabilitation de sites détériorés par l'enlèvement du sol; o - I' élimination à peu de frais d' effluents solides, par exemple en effectuant un mélange grossier à la pelleteuse lors du remblayage; - I'économie des frais de mise en décharge de chaque effluent solide pris séparément !5 EXEMPLE 1 Un mélange selon l'invention a été réclisé comme suit. ,3kg de résidus de broyage automobile (RBA) ont été obtenus par reconstitution au même prorata des différentes fractions composant un stock industriel, ce qui a permis de définir avec précision les proportions pondérales des constituants, à savoir: Mousses 18,38% Papiers et tissus 20,37% Caoutchouc et élément ferreux (pneumatiques principalement) 8,22% Polymères (plastiques durs, films plastiques, mousses diverses) 33,33% À Bois 5,17% Caoutchouc. 4,5% Polymères et éléments non ferreux (fils électriques essentiellement) 1,92% Eléments ferreux 3,51% Eléments non ferreux 2,04% so. Minéraux fins (verre, terre, sable, particules métalliques) de diamètre Ces boues avaient une granulométrie très fine centrée sur 4 micromètres. On a prélevé 24 kilogrammes de ces boues (environ 13 litres) pour effectuer un mélange sommaire avec les 15 litres de RBA. Celui-ci a été réclisé à la pelle sur une aire bétonnce. On a chargé le composite ainsi obtenu dans une colonne en verre de diamètre û,2 m sur une hauteur de û,90 m. Le support inférieur était constitué d'une grille métallique surmontée d'une toile, et débouchant par un tuyau coulant dans un récipient. De l'eau a été alimentée à la partie supérieure de la colonne, et un dispositif de surverse maintenait une hauteur constante de 10 cm d'eau au dessus du lit de solides. - 8 La vitesse de percolation (calculée en fût vide) a été mesurée par le volume recuoilli dans le récipient sous la colonne. Les valeurs relevoes étaient les suivantes: Temps zéro: û.û39 m/h 1 û jours: û.ûl 2 m/h s. 1,5 mois: û.ûûû9 m/h Les analyses chimiques du dernier percolat ont montré que cette eau respectait les normes de rejet en milieu naturel. EXEMPLE 2 Pour évaluer la percolation à travers les RBA seuls comparativement au mélange de l'exemple 1, la colonne précédente a été chargée sur la même hauteur avec 20 kg de RBA, et l'eau a été alimentée. s 11 n'a pas été possible de maintenir les lû cm d'eau au dessus du lit, car le débit maximal du circuit d'alimentation était inférieur au débit de percolation. La vitesse correspondante était au moins de plusieurs mètres par heure, soit au moins mille fois plus que dans l'exemple selon l'invention. On constate bien que les boues rouges, dont la vitesse de percolation intrinsèque est inférieure au dixième de millimètre par heure, permettent, par leur présence da ns le méla nge et en raison du confinement d es résidus u ltimes qu'el les occasionnent, de diminuer très fortement la vitesse de percolation. Les risques de pollution par lixiviation des eaux de pluies sont ici très fortement diminués. EXEMPLE 3 Des expériences pilotes de plantations d'espèces méditerranéennes ont été réclisoes sur un site expérimental situé dans le sud de la France. Pour cela, des planches d'essais ont été crées en mélangeant à la pelle mécanique un stock de RBA avec des boues rouges provenant de la lagune de l'exemple 1, en respectant des proportions volumiques sensiblement égales, telles que celles exposoes dans l'exemple 1 (13 litres de boues rouges pour 15 litres de RBA). Après 4 annses d'expérimentation, on a pu constater que sur 24 espèces différentes ont résisté et ont eu une croissance normale comparce à des plantations témoins. s La croissa nce co mu lée pour les plantes sur le mé la nge bou es rouges/déch ets a été, sur une période de 4 années, de 1 12 cm alors que pour les témoins on a mesuré une croissance moyenne de 1 2û cm. Pour contrôler le comportement des végétaux vis à vis de leur alimentation en eau, o l'irrigation a été coupée sur certaines rangées de plantations. Si les résultats marquent globalement l'effet positif normal de l'irrigation, on constate que 3 années après la plantation, I'arrosage peut être supprimé sans inconvénient majeur. En comparaison, un essai de plantation sur une planche ne contenant que des RBA s s'est soldée par un échec. Ce milieu, ne retenant pas l'eau, était inapte à la reprise des végétaux. - 10 AVANTAGES En raison de l'humidité contenue dons les boues rouges et de la mouillabilité des déchets poreux et grossiers, il n'est pas nécessaire d'effectuer un mélange intime et coûteux des constituents À On constate ainsi un effet synergique important dons la valorisation de ces deux types de résidus considérés jusque-là séparément comme particulièrement agressifs vis-à-vis de l'environnement. - 11 REVENDICATIONS 1) Procédé permettant la valorisation de résidus grossiers et poreux d'origine industrielle caractérisé en ce que lesUits résidus sont mélangés avec les résidus s insolubles issus de l'attaque alcaline du procédé Bayer de fabrication de l'alumine. 2) Procédé selon la revendication 1 dans lequel lesdits résidus insolubles issus de l'attaque alcaline du procédé Bayer sont prélevés lorsque leur taux d'humidité est ro inférieur à 3û%, de préférence compris entre 25 % et 3û%. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les résidus grossiers et poreux sont des résidus ultimes issus du traitement des déchets, tels que les résidus ultimes de broyage de produits électroménagers, d'appareils électriques ou de véhicules s automobiles. 4) Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les résidus ultimes sont des cendres de foyers d es centrales électriqu es. o 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 dans lequel la teneur volumique de chaque constituant varie de 2û% à 8û%, de préférence de 30% à %, ou mieux encore de 4û% à 60%. 6) Matériau de remblaiement caractérisé en ce qu'il comporte un mélange de s résidus grossiers et poreux d'origine industrielle et de résidus insolubles issus de l'attaque alcaline du procédé Bayer de fabrication de l'alumine. 7) Sol apte à la plantation caractérisé en ce qu'il comporte un mélange de résidus grossiers et poreux d'origine industrielle et de résidus insolubles issus de l'attaque