Brevet FR3027022A1 — publié le 20160415

Mélange cimentaire pour le traitement de matériaux alcalins La présente invention se rapporte au secteur des mélanges cimentaires employés pour le traitement et l'assainissement des déchets industriels ayant une composition chimique potentiellement nuisible à l'environnement et par conséquent non ré-employables au sein des cycles de production en tant que matériaux alternatifs ou pas aptes à être éliminés dans une décharge, mais qui si non convenablement traités sont considérés comme des déchets dangereux. Parmi ces matériaux, ils sont considérés par exemple les terrains contaminés par une activité industrielle ayant des pH fortement alcalins et/ou comportant des hydrocarbures résiduels et/ou des quantités élevées de métaux lourds (tels par exemple Cr, Pb, Ni, Hg, Ti, etc.), les déchets de démolition, etc. Il est connu que des mélanges spécifiques cimentaires peuvent être utilisés pour immobiliser les métaux lourds et les hydrocarbures contenus dans les matériaux susmentionnés. Cependant, du fait du pH élevé typique de tous les mélanges communs cimentaires conséquent au développement de Ca(OH)2 issu de leur hydratation, le traitement n'apparaît résolutif aux fins d'abaisser le pH, au contraire, l'emploi d'un 2 0 mélange cimentaire pour inerter les matériaux susmentionnés engendre une augmentation de pH des éluats à des valeurs d'autant plus alcalines par rapport à celles de départ, en mettant en danger la biologie du sol qui doit accueillir les matériaux susmentionnés. La présente invention a pour but de fournir un mélange cimentaire à même d'immobiliser 2 5 avec rapidité extrême les agents polluants présents dans le matériel à assainir, en garantissant une baisse du pH et en permettant d'atteindre des valeurs de résistance mécanique similaires au moins à celles d'un terrain et telles à permettre la manipulation du matériel par une pelle mécanique. 30 Selon l'invention, on atteint un tel but par le moyen d'un mélange cimentaire comportant du ciment sulfo-alumineux en une quantité de 20 à 90% en poids, et du polyphosphate et/ou du phosphate d'un élément choisi dans le groupe consistant en sodium, potassium, 3027022 2 calcium, magnésium et fer (préférentiellement calcium), en une quantité de 5 à 40% en poids, ledit ciment sulfo-alumineux ayant une teneur en C4A3$ > 40% en poids (préférentiellement > 45% en poids) et une teneur en S03 > 9% en poids. 5 Un tel mélange peut être obtenu soit par broyage des composants mélangés les uns aux autres, soit par malaxage succédant le broyage des composants individuels qui sont produits individuellement, soit par mélangeage direct en phase chantier avec le matériel à assainir. 10 Le polyphosphate et/ou le phosphate peuvent être incorporés dans le mélange de l'invention en tant que tels ou comme des constituants d'un autre matériel. Sans vouloir être liés à une théorie spécifique, on peut supposer que la réaction d'hydratation du composant à base de ciment sulpho-alumineux du mélange de l'invention 15 ne soit pas retardée par la présence du composant phosphate/polyphosphate ayant la fonction de tamponner le pH. L'action connue de retard de prise exercée par le phosphate/polyphosphate à l'égard des liants hydrauliques est en effet efficacement contrastée par la rapidité extrême de prise du ciment sulpho-alumineux, de sorte que le mélange de l'invention est de toute façon à même de développer rapidement des 2 0 résistances mécaniques appropriées. Le mélange de l'invention peut être avantageusement ajouté au matériel à assainir en des quantités comprises de 5 à 40 parts pour 100 parts en poids d'un tel matériel. Un tel matériel est alcalin et, par exemple, il a originairement une valeur de Ph > 10,5. 25 En fonction de l'humidité du matériel à assainir on peut ajouter de l'eau en quantité suffisante pour que les réactions d'hydratation du mélange cimentaire qui fait office de liant hydraulique puissent se produire. 30 Le clinker CSA utilisé pour produire le mélange cimentaire de l'invention est réalisable par cuisson au four tournant à une température de clinkérisation > 1100°C, il contient une quantité de sulfoaluminate de calcium (C4A3$) supérieur de 20% et il présente 3027022 3 avantageusement une finesse supérieure de 3000 g/cm2. Le mélange de l'invention peut en outre comprendre toute autre combinaison des ultérieurs ingrédients suivants : 5 a) de la bentonite ou un autre minerai argileux en une quantité jusqu'à 20% en poids, préférentiellement jusqu'à 10% en poids, b) du laitier d'haut-fourneau en une quantité jusqu'à 30% en poids, préférentiellement jusqu'à 20% en poids, c) un retardateur pour béton en une quantité jusqu'à 2% en poids, 10 d) un ciller calcaire en une quantité jusqu'à 20% en poids, préférentiellement jusqu'à 15% en poids, et e) de la cendre volante en une quantité jusqu'à 60% en poids. Des avantages et caractéristiques additionnels de la présente invention ressortirons des exemples de mise en oeuvre suivants, fournis à titre d'exemple non limitatif et dans 15 lesquels tous les pourcentages sont à considérer en pois si pas autrement indiqué. EXEMPLES La table I qui suit relate les compositions de mélanges cimentaires selon l'invention (à savoir comportant du ciment sulpho-allumineux ayant une teneur en C4A3$ égal à 45% en poids et une teneur en SO3 égal à 12% en poids), leur dosage par rapport à une boue à inerter ayant en origine un pH égal à 11, ainsi que les données de pH mesuré sur les éluats. La table I relate aussi, dans un but de comparaison, des données analogues pour des compositions de mélanges cimentaires conventionnels CEM II B-LL 32.5 R, à savoir un ciment Portland (c'est-à-dire un composant exclu de la présente invention), plutôt qu'un ciment sulpho-allumineux, ainsi que (consulter les deux dernières lignes de la table) des compositions comportant du ciment sulpho-allumineux mais de toute façon pas comprises dans le cadre de la présente invention. Les éluats ont été obtenus en mettant en immersion dans l'eau pour 24 h une quote-part d'éprouvettes, de dimension 4 cm x 4 cm x 16 cm, qui ont été concassées jusqu'à atteindre une granulométrie d'environ 1 cm après 28 jours de maturation. 4 ^--, - - - -11. 4 -1=- t-.) t \ à l-.) - w 1-, Dosaggio miscela cementizia CD (..+J VO VO VD 0 0 0 0 C> 0 t.J.) w o legante(%) h..) .- a., ch ' h..) -LA a, t..) , tk-) cemento solfoalluminato (%) w ,..i, ".p. "y, 1.., If, . 2, - ) ch , u.) , CEM II B-LL 32.5 R (%) O 41. N 1.), "u., ,-- .- . -. ,. r:) '---1 '-4 (.., (.11 LA Cenere volante (%) o va o .c) *--.1 1-.) 1-..) 1^.) '..4- ':4 .> s:p, t-à t-.) -4 -4 La (..a -11. .4. Polifosfato di calcio (%) "ch ch "a, "a, oc '00 .,.) 'Là ch h.) -4 u.) 41. , , Fosfato acido di calcio (%) "ch "a, 00 w ch 00 00 00 00 00 00 ch 00 00 00 oc 00 00 Fango da inertizzare (%) O --...) - ,-- - o o o o o o -..) -..) -4 s" ' --^ --^ 0 tà s-+ ce i-^ ig i^-^ 1-^ its.à -^ pH ' 0 trà Ià. tsà .) o t.) o o "oe o 1. ô ^c, 1..à "-i 'ô ".e. s's-, - ca © - © 0:0 ca. 00 c:0 cp c::, ca Resistenza meccanica a 28gg tà 1..) "--.1 s'e. 1.e.) le, ',-.1 ^-, ':e. "ch '7--, 1..à (MPa) 3027022 5 Dosaggio miscela cementizia o legante (%) = Dosage mélange cimentaire ou liant (%) cemento solfoalluminato (%) = ciment sulpho-allumineux (%) CEM II B-LL 32.5 R (%) Cenere volante (%) = cendre volante 5 Polifosfato di calcio (%) = Polyphosphate de calcium (%) Fosfato acido di calcio (%) = Phosphate acide de calcium (%) Fango da inertizzare (%) = Boue à inerter pH Resistenza meccanica a 28gg (MPa) = Résistance mécanique à 28gg (MPa) 10 Comme il ressort des données relatées dans la table I, le mélange de l'invention résulte largement avantageux, en ce qu'il exerce une action de liant sur la boue, il la stabilise et en abaisse d'une façon draconienne le pH même à des valeurs inférieures à 10,5. 15 Naturellement, le principe de l'invention étant entendu, les détails de réalisation et les modes de mise en oeuvre pourront largement varier par rapport à ce qu'il a été décrit uniquement à titre d'exemple, sans sortir par cela du cadre de l'invention comme défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS1. Mélange cimentaire comportant du ciment sulfo-alumineux en une quantité comprise de 20 à 90% en poids, et du polyphosphate et/ou phosphate d'un élément choisi dans le groupe consistant en sodium, potassium, calcium, magnésium, et fer, en une quantité comprise de 5 à 40% en poids, ledit ciment sulpho-alumineux ayant une teneur en C4A3$ > 40% en poids et une teneur en SO3 > 9% en poids. 2. Mélange cimentaire selon la revendication 1, comportant de plus de la bentonite en une quantité jusqu'à 20% en poids, préférentiellement jusqu'à 10% en poids. 3. Mélange cimentaire selon la revendication 1 ou 2, comportant de plus du laitier d'haut-fourneau en une quantité jusqu'à 30% en poids, préférentiellement jusqu'à 20% en poids. 4. Mélange cimentaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un retardateur pour béton en une quantité jusqu'à 2% en poids. 5. Mélange cimentaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, 2 0 comportant de plus un fluer calcaire en une quantité jusqu'à 20% en poids, préférentiellement jusqu'à 15% en poids. 6. Mélange cimentaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant de plus une cendre volante en une quantité jusqu'à 60% en poids. 7. Mélange cimentaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit polyphosphate et/ou phosphate d'un élément choisi dans le groupe consistant en sodium, potassium, calcium, magnésium et fer sont incorporés en tant que tels ou comme des constituants d'un autre matériel. 25 30 8. Mélange cimentaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, que l'on peut obtenir soit par broyage des composants susmentionnés mélangés les uns aux 3027022 autres, soit par malaxage succédant le broyage des composants individuels susmentionnés qui sont produits individuellement, soit par mélangeage directe en phase chantier avec le matériel à assainir. 5 9. Emploi d'un mélange cimentaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour lier un matériel de déchet alcalin et en baisser le pH. 10. Emploi selon la revendication 8, dans lequel de 5 à 40 parts en poids dudit mélange à 100 parts en poids dudit matériel sont ajoutées. 10