BE1018866A3 - Procede de traitement d'une matiere carbonatable. - Google Patents
Procede de traitement d'une matiere carbonatable. Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne un procédé de traitement d'une matière carbonatable ayant une teneur sensible en aluminium métallique, ledit procédé comportant les étapes de: - oxydation accélérée afin de passiver au moins une partie de l'aluminium métallique; et - carbonatation accélérée. L'invention concerne aussi un matériau obtenu par ce prodédé, ainsi que l'utilisation de ce matériau dans la construction.
Description
“Procédé de traitement d’une matière carbonatable”
La présente invention se rapporte à un procédé de traitement d’une matière carbonatable ayant une teneur sensible en aluminium métallique.
Afin de limiter l’impact tant économique qu’environnemental des déchets d’activités domestiques et industrielles, on essaye de plus en plus de développer des procédés de valorisation de ceux-ci, c’est-à-dire des procédés permettant de convertir ces déchets en matières économiquement exploitables. Une grande quantité de matières de déchets comporte des substances carbonatables, tels que des oxydes et/ou hydroxydes de calcium et/ou de magnésium. Il est connu que la carbonatation de ces substances, et en particulier de l’hydroxyde de calcium, permet d’obtenir des matériaux ayant des qualités mécaniques indéniables, ainsi qu’une meilleure rétention de substances polluantes, en particulier de métaux lourds, présentes dans de tels déchets et posant d’importants problèmes pour leur élimination.
Il a par exemple été proposé, dans la demande internationale de brevet WO 2007/096671 A1, de procéder à une carbonatation accélérée de déchets en virole rotative afin de produire un granulat secondaire pouvant servir comme matériau de construction. Un procédé similaire a été proposé pour des déchets de l’extraction ou du traitement de métaux dans la demande internationale de brevet WO 2009/024826 A1. Dans les matériaux obtenus par ces procédés, la carbonatation de la chaux, présente dans les déchets, forme une gangue calcique assurant tant une moindre lixiviation des métaux lourds contenus dans les déchets, qu’une plus grande résistance mécanique.
Toutefois, certains déchets, comme par exemple, les mâchefers d’incinération d’ordures ménagères (MIOM), comportent une teneur sensible en aluminium métallique. Les mâchefers d’incinération d’ordures ménagères sont principalement constitués de matières grossières non-combustibles et de matière organique imbrûlée collectées dans un bassin de refroidissement à la sortie d’une chambre de combustion d’un incinérateur. Ils sont composés de phases solides formées à haute température dont certaines sont maintenues à l’état métastable suite au refroidissement rapide des matières sortant de la chambre de combustion. Pour valoriser les mâchefers, on les soumet généralement à une séparation de l’aluminium métallique par courants de Foucault, suivie d’une maturation naturelle de plusieurs mois. Pendant cette maturation, une série complexe de plusieurs phénomènes chimiques interconnectés a lieu. Ces phénomènes incluent l’hydrolyse, l’hydratation, la dissolution/précipitation, la carbonatation, la formation de solutions solides et l’oxydation/réduction. La maturation des mâchefers est particulièrement requise pour réduire les problèmes de gonflement qui peuvent se produire lorsque des mâchefers sont utilisés dans la construction, en particulier comme fondement routier (béton maigre) ou même comme granulat dans du béton. Les mâchefers comprennent de l’aluminium, dont une fraction importante est sous sa forme élémentaire, c’est à dire sous forme d’aluminium métallique. À cause du pH élevé des mâchefers, et du potentiel redox relativement bas de l’aluminium, l’aluminium métallique est aussi partiellement (hydr)oxydé pendant le procédé de maturation pour former des (hydr)oxydes d’aluminium, formant un revêtement passivant autour des particules d’aluminium métallique. L’oxydation des particules d’aluminium métallique dans les mâchefers pendant la maturation est importante afin d’éviter des problèmes de gonflement quand les mâchefers sont utilisés comme granulat. En effet, quand l’aluminium n’est pas préalablement oxydé ou passivé par une couche le recouvrant, son hydroxylation ultérieure produira un gonflement. Tel qu’il a été décrit dans “Aggregate cernent reactions in MWI-bottom ash-based concrète - a petrographical assessment”, B. Laenen, R. Dreesen and D. Van Rossem, International Conférence on Sustainable Concrète Construction; 20020909-11; Dundee (GB), la réaction de gonflement causée par des particules d’aluminium dans des mâchefers utilisés comme granulat dans du béton peut ainsi être diminuée par maturation naturelle préalable. Le désavantage principal d’une telle maturation de mâchefers est toutefois qu’elle prend beaucoup de temps et nécessite beaucoup d’espace de stockage.
Pendant la maturation naturelle des mâchefers, ceux-ci gonflent de manière à ce que des problèmes ultérieurs de gonflement puissent être évités. Ces gonflements sont causés par la formation d’un gel d’hydroxyde d’aluminium. L’origine de ce dernier peut être double. Il peut résulter : - d'aluminium métallique résiduel (emballages) qui se dissout dans le lixiviat basique (pH « 12 à 13) avant de précipiter, sous forme d’hydroxyde, lors de l’acidification relative du milieu (pH « 9 à 10) suite à la carbonatation de la portlandite [Ca(OH)2] ; - de la décomposition d’ettringite, un sulfo-aluminate de calcium hydraté de formule chimique [Ca6Al2(S04)3(0H)i2.26H20] qui se forme en milieu alcalin suite à la présence d’ions sulfatés et d’aluminium qui est présent sous forme résiduelle dans les MIOM.
La carbonatation progressive de la portlandite [Ca(OH)2] dans les mâchefers cause une chute du pH et une précipitation de calcite selon la formule suivante :
Quoique les mâchefers soient initialement très alcalins (pH « 12 à 13), leur carbonatation, et notamment celle de la portlandite, va donc réduire le pH. Cette acidification suite à la carbonatation progressive de la portlandite va provoquer la précipitation de l’aluminium dissous pour former un gel d’hydroxyde d’aluminium [AI(OH)3] causant un gonflement du matériau.
En même temps, la précipitation de la calcite crée une demande en ions Ca2+ déplaçant les équilibres chimiques d’une manière qui, conjointement à la chute du pH, va aussi contribuer à déstabiliser l’ettringite :
Ca6AI2(S04)3(0H)i2.26H20 (ettringite) + 12ht -* 2 Al3* + 3S<V + 6Ca^ + 38H20
Cette déstabilisation de l’ettringite va donc provoquer la formation de gypse, ainsi que la libération supplémentaire d’ions Al3+ pouvant de nouveau conduire à la formation d’hydroxyde d’aluminium à caractère gonflant.
Ces réactions chimiques illustrent clairement que les phases gonflantes, qu’il s’agisse de l’ettringite ou de l’hydroxyde d’aluminium, sont tributaires de la présence d’aluminium métallique dans le matériau de départ. De plus, ces phases contribuent au caractère évolutif du mâchefer principalement sur le plan minéralogique et donc, des questions peuvent se poser quant à leur stabilité à long terme. Ainsi, à titre d’exemple, l’ettringite qui présente une certaine capacité à piéger le plomb va être amenée à remobiliser cet élément lors de sa décomposition (se produisant suite à la diminution de pH associée à la carbonatation de la portlandite).
Pour cette raison, l’objectif de la maturation naturelle des mâchefers est non seulement la carbonatation progressive de la portlandite, mais aussi et surtout la stabilisation dimensionnelle et minéralogique des mâchefers.
Il a aussi été proposé de traiter ces déchets par carbonatation accélérée, par exemple dans les articles « Carbon dioxide séquestration in municipal solid waste incinerator (MSWI) bottom ash », Eva Rendek, Gaëlle Ducom, et Patrick Germain, Journal of Hazardous Materials, B128 (2006) 73-79 (doi : 10.1016/j.jhazmat.2005.07.033), « Accelerated Carbonation for treatment of MSWI bottom ash », S. Aickx, T. Van Gerven, et C. Vandecasteele, Journal of Hazardous Materials, Vol. 137, No. 1, Septembre 2006, pp. 235-243 (doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.01.059), « Artificial carbonation for controlling the mobility of critical éléments in bottom ash », Jelena Todorovic, Malin Svensson, Inga Herrmann, et Holger Ecke, Journal of Material Cycles and Waste Management, Vol. 8, No. 2, Septembre 2006, pp. 145-153(9) (doi: 10.1007/s10163-006-0153-x), «Bottom Ash from Municipal Solid Waste Incinération (MSWI) in Road Construction », Holger Ecke, Katarina Kylefors, Christian Maurice, et Anders Lagerkvist, International Conférence on Bénéficiai Use of Recycled Materials in Transportation Applications, Novembre 2001, « Evaluation of pre-treatment methods for landfill disposai of residues from municipal solid waste incinération », Kim Sang-Yul, Toshihiko Matsuto, et Nobutoshi Tanaka, Waste Management and Research, 21(5), 2003, 416-423, « The Leaching Behavior of Heavy Metals in MSWI Bottom Ash by Carbonation Reaction with Different Water Content », Um Nam-ll, You Kwang-Suk, Han Gi-Chun, Lee Im-Chang, Cho Kye-Hong, Ahn Ji-Whan, et Cho Hee-Chan, The Minerais, Metals and Materials Society, et « Production of lightweight aggregate from industrial waste and carbon dioxide », Peter J. Gunning, Colin D. Hills, et Paula J. Carey, Waste Management, publication électronique le 3 juillet 2009. Toutefois, les présents inventeurs ont découvert que la carbonatation accélérée de déchets contenant encore des teneurs sensibles en aluminium en vue de produire un matériau répondant aux normes requises dans la construction se bute à des obstacles importants, en particulier en ce qui concerne la stabilité à long terme du matériau carbonaté.
En effet, de tels matériaux présentent généralement des phénomènes de gonflement qui, pour les applications visées, s’avèrent délétères notamment sur un plan mécanique, ce qui a d’ailleurs amené à fixer dans le cahier des charges RW 99 de la Région wallonne relatif à l’utilisation de mâchefers en techniques routières, une valeur seuil de gonflement ne pouvant être dépassée (2 % après 28 jours de maturation à une température d’environ 50°C).
Un inconvénient d’une carbonatation accélérée est donc que, contrairement à une maturation naturelle prolongée, une carbonatation accélérée n’aboutit pas à la même stabilisation dimensionnelle et minéralogique et ne se révèle pas en état de résoudre les problèmes de gonflement de matières carbonatées, en particulier de mâchefers carbonatés.
Le procédé décrit dans la présente divulgation adresse ce problème en procédant, en plus de la carbonatation accélérée, à une oxydation accélérée d’au moins une partie de l’aluminium métallique.
L’oxydation accélérée de l’aluminium métallique transforme au moins une partie de l’aluminium métallique en oxyde d’aluminium et/ou crée des couches d’oxyde et/ou d’hydroxyde d’aluminium autour des particules d’aluminium métallique. Non seulement ces couches deviennent ainsi sensiblement inertes, mais en outre elles protègent les noyaux des particules, restés à l'état métallique, limitant la libération d’ions Al3+, et donc la formation ultérieure d’hydroxyde d’aluminium.
L’oxydation accélérée peut être effectuée avant, après et/ou simultanément à la carbonatation accélérée.
Si elle est effectuée au moins partiellement avant la carbonatation accélérée,, en réduisant l’apport d’ions Al3+, l’oxydation et/ou la passivation de l’aluminium métallique déplace, pendant la carbonatation accélérée, l’équilibre chimique dans la réaction de décomposition de l’ettringite, déstabilisant celle-ci. L’oxydation accélérée permet ainsi de réduire l’impact des deux principales phases gonflantes, et ceci de manière particulièrement rapide.
En revanche, si l’oxydation accélérée est effectuée après (ou pendant) la carbonatation accélérée, la passivation de l’aluminium métallique peut être plus effective à cause de la chute de pH obtenue lors de la carbonatation accélérée. En effet, à un pH en dessous de 8,5 - 9, on se situe dans le domaine de passivation de l’aluminium tandis qu’au dessus de cette valeur de pH on se situe plutôt dans le domaine de corrosion de l’aluminium métallique. Par conséquent, sous des conditions plus alcalines (c’est-à-dire avant la carbonatation), on aura donc tendance à promouvoir une attaque plus en profondeur des grains, avec pour conséquence, une oxydation plus complète de l’aluminium métallique.
Avantageusement, ladite oxydation accélérée peut être effectuée en ajoutant au moins un agent oxydant à ladite matière, en particulier un agent oxydant choisi parmi le groupe comportant hypochlorites, peroxydes, permanganates, perchlorates et perborates, ainsi que des combinaisons des mêmes, de manière à accélérer la vitesse d’oxydation comparée à l’oxydation par maturation naturelle.
Encore plus avantageusement, lesdits agents oxydants pourraient être dissous en milieu aqueux. Ce milieu aqueux, appliqué à la matière carbonatable, peut ainsi aider à obtenir la teneur en eau optimale pour sa carbonatation accélérée subséquente.
Avantageusement, ladite carbonatation accélérée peut être effectuée en virole rotative. Une telle virole rotative facilite la diffusion de l’agent de carbonatation dans la matière carbonatable.
Avantageusement, ladite carbonatation accélérée peut être effectuée avec du dioxyde de carbone gazeux, plus particulièrement dans une atmosphère enrichie en dioxyde de carbone gazeux. Une telle atmosphère pourrait contenir par exemple des gaz de combustion ou ceux résultant de procédés industriels produisant du dioxyde de carbone.
Ainsi, ce procédé pourrait servir à réduire sensiblement les émissions de gaz à effet de serre.
Avantageusement, ladite matière carbonatable pourrait contenir au moins une matière de déchet, laquelle serait ainsi valorisée comme matière première tout en encapsulant d’éventuels contaminants, tels que des métaux lourds, y contenus. La matière de déchet pourrait être elle-même carbonatable, mais un liant carbonatable, tel que du ciment, pourrait aussi y être ajouté.
Encore plus avantageusement, ladite matière de déchet pourrait contenir au moins des mâchefers, par exemple des mâchefers d’incinération d’ordures ménagères. Des tels mâchefers contiennent normalement tant des composantes carbonatables, dont notamment de la portlandite, que de l’aluminium métallique et de l’ettringite, ainsi que des métaux lourds. Le procédé divulgué ici permettrait ainsi d’obtenir un matériau utilisable en construction, stable et dans lequel les métaux lourds seraient immobilisés.
Avantageusement, le procédé de traitement pourrait comporter en outre une étape préalable de séparation d’une partie de l’aluminium métallique par courants de Foucault. De cette manière, la teneur en aluminium métallique et donc aussi les phases gonflantes pourraient être réduites dans cette étape préalable. En outre, le procédé permettrait ainsi la récupération économique d’une partie de l’aluminium métallique, matière à valeur commerciale importante et dont la production demande des apports d’énergie très importants et est une source importante d’émissions de gaz à effet de serre.
Avantageusement, au début de ladite carbonatation accélérée, la matière carbonatable pourrait avoir une humidité comprise entre 10 et 15% en poids. Une teneur en eau dans cette plage, et en particulier autour des 12%, facilite la carbonatation de la matière carbonatable par la diffusion du dioxyde de carbone dans l’eau.
Avantageusement, ladite matière carbonatable pourrait être à l’état granulaire.
Un tel état granulaire facilite tant le maniement physique de cette matière que son traitement chimique par oxydation et carbonatation accélérées.
Plus avantageusement, ladite matière carbonatable granulaire peut contenir des particules de taille supérieure à 1 mm, de préférence supérieure à 2 mm, et encore plus de préférence supérieure à 4 mm.
Alternativement, le procédé de traitement pourrait comporter aussi une étape de pelletisation au cours de laquelle des grains de ladite matière carbonatable seraient agglomérés de manière à obtenir une matière granulaire plus grossière. De cette manière, il devient possible d’ajuster la granulométrie de la matière résultant du traitement de matière granulaire à granulométrie très fine à son application ultérieure comme granulat.
De préférence, ladite étape de pelletisation pourrait être préalable à la carbonatation accélérée. De cette manière, les grains agglomérés dans l’étape de pelletisation pourront être liés les uns aux autres par les carbonates formés lors de la carbonatation accélérée. Toutefois, la pelletisation pourrait aussi être simultanée à la carbonatation, de telle manière que les grains agglomérés soient liés par des couches successives de carbonates.
La présente divulgation concerne aussi un matériau obtenu par ce procédé de traitement à partir d’une matière carbonatable ayant une teneur sensible en aluminium, ainsi qu’à son application comme matériau de construction, en particulier en tant que granulat, et spécialement dans la construction routière.
Des détails concernant l'invention sont décrits ci-après faisant référence aux dessins.
La figure 1 illustre une vue schématique agrandie d’un mâchefer d’incinération d’ordures ménagères, la figure 2 illustre une coupe transversale d’une chaussée routière avec une couche de base comportant des mâchefers insuffisamment mûris avant leur utilisation.
Un mâchefer d’incinération d’ordures ménagères (MIOM), tel que celui illustré sur la figure 1, est essentiellement constitué de matière minérale et s’apparente à une grave grisâtre dans laquelle il est possible d’identifier des résidus comme du verre de bouteille, des céramiques, des ferrailles, des non-ferreux.
Il s’agit d’un matériau assez hétérogène puisque l’observation microscopique permet de mettre en évidence la présence de deux zones distinctes illustrées dans la figure 1 : - une zone 1 dite "scoriacée", de faible masse volumique à cause de sa structure vacuolaire et qui comprend des résidus de fusion comme les verres de bouteilles non fondus, les débris métalliques, etc., et - une zone vitreuse 2 qui peut, soit se trouver à l’état complètement amorphe, soit contenir des phases minérales formées à haute température (typiquement les silicates de calcium) dont la structure dendritique témoigne d’un refroidissement rapide au cours d’une étape de trempe.
La composition des mâchefers se révèle donc extrêmement complexe et, parmi les principaux constituants, on recense généralement : - une matrice vitreuse résultant de la trempe d’un liquide silicaté ; - des minéraux formés à haute température qui consistent généralement en des silicates et des oxydes ; - des espèces néoformées à basse température à la sortie du four dont principalement la portlandite [Ca(OH)2] qui est issue de l’hydratation de la chaux qui se produit lors de la trempe subie par le mâchefer, les carbonates et, dans une moindre mesure, les chlorures ; - des sulfates de calcium qui peuvent être présents sous forme résiduelle ou encore se former, soit à haute température, par oxydation du SO2 issu de la combustion et sa réaction avec le calcium mobilisé dans le four, soit à basse température par précipitation lors de la trempe par captation du SO2 par l’eau et combinaison avec le calcium disponible ; - des métaux (Al, Cu, Fe) et des alliages (Pb - Al) provenant de fragments résiduels issus des déchets incinérés ; - des phases reliques qui sont en majorité des minéraux constitutifs comme le quartz, les feldspaths potassiques et les débris de verre n’ayant pas fondu ; - des imbrûlés qui correspondent à de la matière organique combustible n’ayant pas séjourné assez longtemps dans le four ou ayant été protégée par d’autres composés par un effet d’encapsulation.
Dans l’état de la technique, on procède généralement à une maturation naturelle des mâchefers pendant plusieurs mois avant de les utiliser comme matériau de construction. Cette étape est fort complexe car elle comporte plusieurs phénomènes : l'oxydation lente des imbrûlés, la carbonatation de la chaux qui conduit à une diminution de pH responsable de la déstabilisation de l’ettringite [Ca6Al2(S04)3(0H)i2.26H20], l'(hydr)oxydation de l'aluminium et l'(hydr)oxydation du fer. Un inconvénient de cette maturation naturelle est qu’elle prend beaucoup de temps et d’espace. Le but de ce traitement de maturation des MIOM est destiné, d’une part, à les stabiliser notamment sur un plan dimensionnel et, d’autre part, à fixer les métaux lourds au sein des phases néoformées. En effet, les carbonates, en précipitant, sont susceptibles de piéger les éléments en traces tels que le cadmium, le plomb et le zinc alors que ces mêmes éléments avec, en plus, le cuivre et le manganèse, semblent présenter une grande affinité pour les (hydr)oxydes de fer et d’aluminium.
Si les mâchefers sont utilisés sans une maturation suffisante, des phénomènes de gonflement causés notamment par la formation ultérieure d’hydroxydes d’aluminium à partir de l’aluminium métallique et de l’ettringite encore présents dans les mâchefers peuvent avoir lieu. Les effets délétères de ces phénomènes sur, par exemple, une chaussée 3 ayant une couche de base 4 comportant des mâchefers sont illustrés sur la figure 2. Les hydroxydes d’aluminium 5 précipitant autour des particules d’aluminium métallique 6 provoquent un gonflement et des fissures 7 tant dans la couche de base 4 que dans la couche de roulement 8 en béton bitumineux.
Des essais ont montré que les mâchefers directement soumis à un procédé de carbonatation accélérée dynamique en virole rotative présentent une valeur de pH (8,3 - 8,9) et un taux de carbonates (5 - 12%) assez similaires à ceux des produits maturés naturellement pendant plusieurs mois. De plus, comme escompté, l’analyse par DRX démontre l’absence de portlandite [Ca(OH)2] et d’ettringite [Ca6AI2(S04)3(0H)i2.26H20] associée à la formation de calcite [CaC03], Toutefois, il s’est avéré que les valeurs de la perte en poids au feu à 1000 °C des mâchefers ayant subi une carbonatation accélérée en virole rotative étaient anormalement basses si on tient compte de la quantité de C02 qui aurait dû être éliminée lors du traitement thermique, suite à la décomposition de la calcite formée par carbonatation. Cette différence peut être attribuée<au fait que, dans le cas de la carbonatation accélérée, le traitement thermique conduit à une oxydation de l’aluminium métallique résiduel et que la prise en poids qui lui est associée contrebalance partiellement la perte en poids liée à la décomposition de la calcite. Par contre, pour le mâchefer maturé naturellement pendant plusieurs semaines, l’aluminium métallique est, soit complètement oxydé ou hydroxylé, soit passivé en surface, de sorte qu’aucune prise en poids ne permet de compenser la perte en poids liée au dégagement de C02. Au contraire, dans ce cas, la perte en poids devrait même être amplifiée suite à la présence d’AI(OH)3 et sa transformation en AI2O3.
Dans des mâchefers soumis uniquement à une carbonatation accélérée, on peut donc encore s'attendre à une teneur sensible en aluminium métallique non-passivé, laquelle peut poser des problèmes de gonflement. Ceci a été confirmé par des essais de gonflement selon le mode de mesure CME-RW99-Méthode 01.12.C (mode de mesure prescrit par la Région wallonne de Belgique) qui ont démontré que, bien que certains échantillons étaient sous le seuil des 2% de gonflement maximal requis, avec seulement 1,4%, d’autres dépassaient légèrement cette valeur limite, avec un gonflement de 2,01% du volume initial.
Dans un mode de réalisation du procédé de traitement proposé, on soumet d’abord les mâchefers à une étape initiale de séparation d’aluminium métallique par courants de Foucault, de la même manière que dans le traitement conventionnel des mâchefers, afin de récupérer une fraction importante de cet aluminium.
Ensuite, un ou plusieurs agents oxydants tels que l’hypochlorite de sodium, les peroxydes d'hydrogène ou de calcium, le permanganate de potassium, et/ou le perborate de sodium sont ajoutés à des mâchefers d’incinération d’ordures ménagères avant leur carbonatation accélérée en virole rotative. Les agents oxydants peuvent être ajoutés sous forme d’une solution aqueuse, servant en même temps à porter la teneur en eau des mâchefers à celle conduisant ensuite au taux de carbonatation optimal lors de l’étape de carbonatation, soit environ 12 % du poids des mâchefers au début de l’étape de carbonatation. Cette solution aqueuse peut contenir, par exemple, 1% en poids d’agent oxydant par rapport au poids des mâchefers secs.
L’ajout des agents oxydants avant la carbonatation accélérée permet de restreindre le gonflement du matériau fini : - en oxydant les grains d’aluminium métallique ou en favorisant la formation d’une couche passivante d’oxyde et/ou d’hydroxyde à la surface des grains d’aluminium métallique, ce qui devrait permettre de limiter les risques de gonflement ; - en promouvant la précipitation sous forme d’oxyde et/ou d’hydroxyde de l’aluminium libéré lors de la décomposition de Pettringite et en déplaçant les équilibres chimiques en faveur de cette décomposition.
Après un temps d’attente de 24 heures, afin de permettre l’oxydation de l’aluminium métallique, les mâchefers sont soumis à une carbonatation dynamique accélérée dans une virole rotative pendant 4 à 5 heures. Des gaz de combustion, comme par exemple des fumées d’incinération d’ordures ménagères, sont introduits dans la virole afin d’obtenir une atmosphère chaude (environ 50°C) et enrichie en dioxyde de carbone (environ 10 à 12%). On maintient toutefois un taux d’humidité égal ou supérieur à 80% dans l’atmosphère de la virole, plutôt que les 30% habituels des fumées d’incinération d’ordures ménagères.
Après ce traitement, les mâchefers présentent un pH entre 8,2 et 8,9, similaire donc tant à celui des mâchefers maturés naturellement pendant plusieurs mois, qu’à celui des mâchefers soumis à une carbonatation accélérée sans oxydation préalable. La carbonatation ne semble donc pas être sensiblement affectée par l’agent oxydant. Par contre, dans les essais de gonflement, les mâchefers traités de cette manière présentent une stabilité dimensionnelle sensiblement supérieure à celle des mâchefers traités uniquement par carbonatation accélérée, et permettent ainsi de respecter des normes strictes pour la construction, comme par exemple celles pour l’usage des mâchefers dans les couches de fondation, de sous-fondation (béton maigre) et de remblai en construction routière.
Au lieu d’ajouter les agents oxydants avant la carbonatation accélérée, on peut également les ajouter après cette carbonatation. Ceci peut être avantageux compte tenu du fait que la passivation de l’aluminium métallique est favorisée à des valeurs de pH plus basses. Bien sûr, les agents oxydants peuvent aussi être partiellement ajoutés avant et après la carbonatation accélérée combinant ainsi les avantages d‘une oxydation plus effective sous des conditions plus alcalines et d’une passivation plus effective sous des conditions moins alcalines.
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l’invention telle que définie par les revendications. Par exemple, d’autres matériaux carbonatables que les mâchefers pourraient être traités de cette manière, comme par exemple des scories de la production d’aluminium, ou des résidus de l’extraction et/ou du traitement des métaux, seuls ou mélangés à un liant carbonatable, tel que du ciment. En outre, bien que la granulométrie de la matière résultante puisse normalement être simplement ajustée par criblage de la matière traitée, en particulier de telle manière que la matière carbonatable contienne des particules de taille supérieure à 1 mm, de préférence supérieure à 2 mm, et encore plus de préférence supérieure à 4 mm, il est aussi possible d’obtenir, à partir d’une matière de départ à granulométrie excessivement fine, une matière d’une telle granulométrie en ajoutant au procédé de traitement une étape de pelletisation avant ou pendant la carbonatation, de telle manière que la gangue calcique formée pendant la carbonatation fonctionne comme liant de particules fines dans des grains de plus grandes dimensions. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.
Claims (19)
1. Procédé de traitement d’une matière carbonatable ayant une teneur sensible en aluminium métallique, ledit procédé comportant les étapes de : - oxydation accélérée d’au moins une partie de l’aluminium métallique; et - carbonatation accélérée.
2. Procédé de traitement suivant la revendication 1, dans lequel ladite oxydation accélérée est effectuée au moyen d’au moins un agent oxydant.
3. Procédé de traitement suivant la revendication 2, dans lequel ledit agent oxydant est choisi parmi le groupe comportant hypochlorites, peroxydes, permanganates, perchlorates et perborates, ainsi que des combinaisons des mêmes.
4. Procédé de traitement suivant une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel ledit agent oxydant est dissous en milieu aqueux.
5. Procédé de traitement suivant une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’aluminium métallique est au moins partiellement passivé pendant ladite oxydation accélérée.
6. Procédé de traitement suivant une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’oxydation accélérée est effectuée au moins partiellement avant la carbonatation accélérée.
7. Procédé de traitement suivant une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’oxydation accélérée est effectuée au moins partiellement après la carbonatation accélérée.
8. Procédé de traitement suivant une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite carbonatation accélérée est effectuée en virole rotative.
9. Procédé de traitement suivant une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite carbonatation accélérée est effectuée avec du dioxyde de carbone gazeux, plus particulièrement dans une atmosphère enrichie en dioxyde de carbone gazeux.
10. Procédé de traitement suivant une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite matière carbonatable contient au moins une matière de déchet.
11. Procédé de traitement suivant la revendication 10, dans lequel ladite matière de déchet contient au moins des mâchefers, par exemple des mâchefers d'incinération d’ordures ménagères.
12. Procédé de traitement suivant une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre une étape préalable de séparation d’une partie de l’aluminium métallique par courants de Foucault.
13. Procédé de traitement suivant une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, au début de ladite carbonatation accélérée, la matière carbonatable a une humidité entre 10 et 15% en poids.
14. Procédé de traitement suivant une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite matière carbonatable est à l’état granulaire.
15. Procédé de traitement suivant la revendication 14, dans lequel ladite matière carbonatable contient des particules de taille supérieure à 1 mm, de préférence supérieure à 2 mm, et encore plus de préférence supérieure à 4 mm.
16. Procédé de traitement suivant la revendication 14, comportant en outre une étape de pelletisation au cours de laquelle des grains de ladite matière carbonatable sont agglomérés de manière à obtenir une matière granulaire plus grossière.
17. Procédé de traitement suivant la revendication 16, dans laquelle ladite étape de pelletisation est préalable à la carbonatation accélérée.
18. Matériau obtenu à partir d’une matière carbonatable ayant une teneur sensible en aluminium métallique par un procédé de traitement suivant une quelconque des revendications précédentes.
19. Procédé d’utilisation d’un matériau suivant la revendication 18 comme granulat de construction, en particulier dans la construction routière.
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