Synthesis of binders using waste material
Authors: Cyr Martin , Clastres Pierre , Coutand Marie , Balandier Jean-Marc , Rousseau Yann , Silvestre Pierre 
Published: June 2015

Industries produce large quantities of wastes that contain high fractions of silica and lime: sewage sludge, paper sludge, lime sludge, foundry sands, etc. Most of these wastes are currently disposed of in landfills, spread for agricultural purposes or incinerated. Two principal reasons lead to the proposition of environment-friendly alternatives to these present uses: the European directive 1999/CE of 26 April 1999 to limit the harmful effects of landfill disposal of waste, and the progressive decrease of spreading due to regulations.The project presented here aims to recycle wastes containing large quantities of mineralresources in order to synthesise hydraulic binders at temperatures not exceeding 1000°C. The ultimate goal is to manufacture hydraulic binders from 100% recycled waste, to be used mainly in road-building (backfill, sub-grade, etc.). The energy required for curing is obtained from substitute fuels produced from recycled waste.The project is divided into 4 phases:• Construction of a database of waste resources;• Selection in the laboratory of combinations of wastes for the synthesis of binders;• Industrial scale tests carried out in a rotary furnace;• Validation of the results in an industrial application (road test).This paper reports the results obtained so far.
Les industries produisent une large quantité de déchets contenant des fractions élevées de silice et de chaux : boues de stations d'épuration, boues de papeterie, boues chaulées, sables de fonderie, etc. La plupart de ces déchets sont actuellement mis en décharge, utilisés en épandage agricole, ou incinérés. Deux raisons principales mènent à proposer des alternatives plus respectueuses de l'environnement par rapport aux usages actuels : la Directive Européenne 1999/CE du 26 avril 1999 pour limiter les effets néfastes de la mise en décharge des déchets, et la diminution progressive de l'épandage due à l'évolution de la règlementation.L'objectif du projet présenté dans cet article est de recycler des déchets contenant de larges quantités de ressources minérales afin de synthétiser des liants hydrauliques à des températures n'excédant pas 1000°C. Le procédé vise à économiser les ressources minérales nobles généralement utilisées dans la production des liants. Le but ultime est de fabriquer des liants hydrauliques en utilisant 100 % de déchets recyclés, pour des applications principalement dans le domaine routier (remblai, sous-couches, graves traitées, etc.). L'énergie requise pour la fabrication des liants est principalement obtenue de combustibles de substitution produits à partir de déchets recyclés.Ce travail a été effectué dans le cadre d'un projet LIFE, LIFE étant l'instrument financier de l'Union Européenne pour le support des projets d'environnement et de conservation de la nature en Europe. L'entreprise menant le projet est ARF, dont les principales activités sont la gestion, le transport et le traitement des résidus industriels. Le LMDC (Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions), un laboratoire de l'Université de Toulouse, est le partenaire du projet et il fournit une aide technique et scientifique. Le LMDC est notamment spécialisé dans le développement de nouveaux matériaux pour le génie civil (matériaux innovants et éco-matériaux).Le projet est divisé en quatre phases :- Construction d'une base de données de déchets pouvant être utilisés comme ressource minérale : 44 résidus ont été identifiés et caractérisés (quantité de produits disponibles, compositions chimique et minéralogique, teneur en métaux lourds, etc.)- Sélection au laboratoire de combinaisons de déchets pour la synthèse des liants : pour les liants de chaux, des teneurs élevées en CaO ont été obtenues, mais aussi des quantités importantes de périclase et d'anhydrite. Pour les liants bélitiques, entre 18 et 75 % de b-C2Sa été obtenu, quelquefois avec des teneurs élevées en chaux libre.- Tests à l'échelle industrielle de combinaisons de déchets, effectués dans un four rotatif : jusqu'à maintenant, ces tests ont été moins efficaces qu’à l’échelle laboratoire pour la production des phases chaux et bélite, particulièrement pour la seconde. Les principaux problèmes ont néanmoins été identifiés (granulométrie des résidus minéraux, trop basse température de calcination, réactions parasites dans le four rotatif).- Validation des résultats dans une application industrielle (plot d'essai) : cette route expérimentale, effectuée sur le site d'ARF, fait l’objet d’un suivi : géotechnique et environnemental (analyses des lixiviats récupérés).