CA2069984C - Methode d'extraction de preservatifs chimiques du bois par detente a la pression atmospherique - Google Patents
Methode d'extraction de preservatifs chimiques du bois par detente a la pression atmospheriqueInfo
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Abstract
Les préservatifs et l'huile sont extraits du bois traité. Pour ce faire, on déchiquette le bois traité qu'on désire rebuter, on imprègne les copeaux avec une solution alcaline jusqu'à attendrissement des copeaux et modification de l'état chimique des produits à extraire. Le cas échéant, on peut faire subir aux copeaux un traitement avec de la vapeur saturée à pression superatmosphérique entre 170.degree.C et 210.degree.C suivi d'une détente explosive donnant des fragments de bois. On fait suivre d'une opération de raffinage dans un broyeur assurant le défibrage du bois. Il en résulte une libération substantielle des préservatifs des particules de bois au moins en partie défibrées. On recueille les préservatifs chimiques et l'huile séparément des particules de bois dans les phases aqueuses issues des étapes d'imprégnation, cuisson-détente et raffinage.
Description
~9~
La présente invention concerne l'extraction de produits chimiques, notamment des préservatifs du bois, par exemple, les poteaux ~e bois utilisés sur les réseaux électriques et/ou téléphoniques, les s traverses de chemin de fer, et en somme tout article en bois qui a subi un traitement chimique pour assurer sa préservation, et dont le rebutage est nécessaire. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un procédé visant à rendre non-toxique du bois traité au pentachlorophénol (PCP) ou par un autre produit chimique de conServation (créosote, etc.), lequel procéde consiste à extraire ledit pentachlorophenol (PCP) ou autre produit d'un article en bois traité en vue d'obtenir en définitive un bois qui après extraction ne constitue plus un déchet toxi~ue selon les normes environnementales en vigueur.
La dest~uction des poteaux traités au pentachlorophenol, par incinération ou enfouissement, n'est pas possible dans le contexte actuel des préoccupations environnementales, ce qui ne laisse d'autre alternative aux utilisateurs que le stoc~age des poteaux rebutés. Cette alternative comporte cependant un potentiel de risque de contamination non négligeable à moyen terme, et ne constitue pas une solution définitive. Puisqu'un grand nombre de poteaux sont rebutes chaque annee pour le démantèlement ou le remplacement de lignes électriques et/ou téléphoniques ou autre, il devient impératif de trouver une solution au problème posé
ci-dessus, tout en minimisant les risques de contamination de l'environnement.
L'aménagement d'un centre de traitement par des moyens mécaniques, chimiques, biologiques et autres permettrait d'effectuer le traitement préconisé ci-~essus; cependant un tel centre . .
:
La présente invention concerne l'extraction de produits chimiques, notamment des préservatifs du bois, par exemple, les poteaux ~e bois utilisés sur les réseaux électriques et/ou téléphoniques, les s traverses de chemin de fer, et en somme tout article en bois qui a subi un traitement chimique pour assurer sa préservation, et dont le rebutage est nécessaire. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un procédé visant à rendre non-toxique du bois traité au pentachlorophénol (PCP) ou par un autre produit chimique de conServation (créosote, etc.), lequel procéde consiste à extraire ledit pentachlorophenol (PCP) ou autre produit d'un article en bois traité en vue d'obtenir en définitive un bois qui après extraction ne constitue plus un déchet toxi~ue selon les normes environnementales en vigueur.
La dest~uction des poteaux traités au pentachlorophenol, par incinération ou enfouissement, n'est pas possible dans le contexte actuel des préoccupations environnementales, ce qui ne laisse d'autre alternative aux utilisateurs que le stoc~age des poteaux rebutés. Cette alternative comporte cependant un potentiel de risque de contamination non négligeable à moyen terme, et ne constitue pas une solution définitive. Puisqu'un grand nombre de poteaux sont rebutes chaque annee pour le démantèlement ou le remplacement de lignes électriques et/ou téléphoniques ou autre, il devient impératif de trouver une solution au problème posé
ci-dessus, tout en minimisant les risques de contamination de l'environnement.
L'aménagement d'un centre de traitement par des moyens mécaniques, chimiques, biologiques et autres permettrait d'effectuer le traitement préconisé ci-~essus; cependant un tel centre . .
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2~9~
necessiterait des investissements importants qui constitueraient un frein à la mise en place d'un nombre important d'usines Il faudrait au surplus pouvoir compter sur le transport à distance et même S outre frontière de ces articles, ce qui ne serait pas nécessairement acceptable pour les autorités ~ui se préoccupent de l'environnement.
Une solution simple, peu coûteuse, impliquant une technologie déjà éprouvée pour d'autres fins, et pouvant être mis en oeuvre localement serait de loin souhaitable par les utilisateurs.
On connaît certaines méthodes de traitement de rebuts de bois dans le but de les convertir en produits utiles ou des méthodes s'appliquant aux boues contenants des préservatifs, mais aucune ne s'avère en mesure de résoudre le problème énoncé ci-dessus.
Dès l'an 1900, on avait déjà préconisé le traitement des lices usees de métier à tisser en les traitant avec une solution alcaline, suivi d'etapes de lavage, de blanchiment et de sechage pour obtenir une pulpe. On fait reférence, en particulier au Brevet U.S. No. 659.715 du 16 octobre 1900, inventeur Bendix Themans.
Le brevet U.S. 3.878.994 émis le 22 avril 1975, inventeur Liong-Hian Tee, décrit une mét~ode de traitement de rebuts de bois qui permet d'ob-tenir des copeaux qui pourront etre utilisés notamment dans la fabrication de panneaux d'agglomeré. Il s'agit d'un ensemble d'opérations mécaniques comportant une réduction du volume des rebuts par impact mécani~ue, une séparation grossière de la matière par flottation, une transformation en copeaux par broyage, une élimination des pièces métalliques par passage des copeaux sur un tapis, une séparation des copeaux en fonction de leur :
2~9~8~
dimension et finalement, un lavage. Ce procédé de mise en forme est limité au traitement ~e rebuts de bois ne contenant pas de préservatifs chimiques. On ne pourrait évidemment pas se servir de ce procédé
S pour extraire des produits toxiques du bois.
Le brevet U.S. 4.666.612 émis le 19 mai 1987, inventeurs Donald Ç. Hof~man et Thomas L. Hurst, vise la récupération de préservatifs présents dans les déchets aqueux de procédé d'usines de traitement du bois à des fins de réutilisation des produits chimiques. Il s'agit d'une méthode complexe consistant à acheminer les rejets liquides de procédé dans un bassin extérieur de décantation et à
séparer les couches solide et liquide formées pour les traiter séparément de différentes façons. Dans ce procédé, les préservatifs sont concentrés en grande partie dans la couche solide de décantation.
Encore une fois, il s'agit d'une méthode complexe destinée surtout au traitement de boues renfermant des préservatifs.
Par ailleurs, le brevet U.S. 4.797.135 émis le 10 janvier 1989, inventeurs Josef Kubat et Lars M. Qvist, concerne la pulvérisation en poudre du bois et d'autres types de biomasse en vue d'en faire ~5 un combustible pour les bouilloires, les turbines à
gaz, les engins diesel, etc. Il s'agit de pulvériser la matière cellul.osique de départ en particules grossières, de les traiter avec une solution alcaline pour les ramollir, de les exposer à une température élevée, de les sécher et de les pulvériser à nouveau pour obtenir une poudre de granulométrie adéquate. Ce procédé n'est absolument pas destiné à l'extraction des produits toxiques contenus dans le bois traité.
Dans le brevet U.S. ~.798.651, émis le 17 janvier 1989, inventeur Bohuslav Kokta, on décrit :, ' ~
' ~'. . '' ; -:, ' ' 9 8 ~
une méthode de préparation de pulpe, basée sur l'impregnation de copeaux de bois avec une solution alcaline contenant un agent anti-oxydant tel que le sulf.ite de sodium, suivie d'un traitement avec de la S vapeur saturée a pression superatmosphérique dans une zone de température comprise entre 170~C et 210~C, suivi d'une détente à la pression atmosphérique donnant des fragments de bois lesquels sont lavés et raffinés pour former de la pulpe.
Enfin, le brevet U.S. 5.029.299, émis le 2 juillet 1991, inventeurs Gilbert Guidat et Claudine G. de Queiroz, décrit une installation complexe de fabrication de particules de bois comportant une étape de réduction mécanique grossiere des rehuts de lS bois, suivie d'un traitement thermique dans un four rotatif, d'une étape supplémentaire de réduction mécanique de la matière cellulosique, d'un traitement chimique des particules à l'aide de sels et finalement de leur ensachage comme produit fini.
A ce jour, on n'a pas décrit de méthode efficace, facile à utiliser et de conception modeste permettant d'extraire les préservatifs chimiques d'articles en bois.
L'invention a donc pour objet une méthode simple, efficace et peu coûteuse permettant d'extraire les préservatifs du bois, notamment des poteaux de lignes électriques et/ou teléphoniques ou autres.
L'invention a aussi pour objet de récupérer les additifs polluants des poteaux de bois qui sont rebutés tout en produisant une matière fibreuse dont on peut facilement disposer dans des sites d'enfouissement sans crainte de nuire à
l'environnement, ce qui n'est pas le cas pour la matière de départ.
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L'invention concerne une méthode de traitement d'articles en bois, notamment des poteaux de lignes électriques et/ou téléphoniques, comportant des préservatifs chimiques, par exemple du pentachlorophénol, des huiles et autres. Cette méthode a pour but d'extraire les présexvatifs du bois et d'obtenir un produit flnal non toxique debarrassé des préservatifs et est caractérisée par les étapes suivantes:
a- on déchiquette les articles en bois en copeaux;
b- on imprègne les copeaux obtenus à l'étape précédente avec une solution aqueuse alcaline jusqu'à attendrissement des copeaux et modification de l'état chimique des produits à extraire;
c- on soumet les copeaux attendris à une opération de raffinage dans un brcyeur, assurant le défibrage du bois, et résultant en une extraction substantielle des préservatifs des particules de bois au moins en partie défibrées; et d- on recueille les préservatifs et l'huile séparément des particules de bois dans les phases aqueuses issues des étapes d'imprégnation et de raffinage.
La réduction des copeaux se fait de préférence à l'aide d'une déchiqueteuse industrielle Morbark modèle 27 RXL pour obtenir des copeaux dont le diamètre varie notamment entre 1 et 16 mm.
Le traitement des poteaux en copeaux par une solution alcaline aqueuse, se fait habituellement avec une solution diluée renfermant de préférence entre l et 4% en poids de NaOH, et pendant une période comprise entre 1 heure et 24 heures. Cette solution alcaline permet le gonflement du bois, ce qui amollit les copeaux et favorise leur défibrage aux étapes de la cuisson-détente et raffinage. Bien .
:, ' que ce ne soit pas absolument critique, on préfère que l'impré~nation s'effectue à environ 60~C.
Dans le cas d'une application industrielle du procédé, ce temps pourrait etre ~éduit de quelques S heuxes à quelques minutes par une imprégnation a la vapeur sous pressiorl et température élevées.
Un rendement supérieur peut être obtenu en introduisant entre l'étape d'imprégnation et celle du raffinage, une étape de traitement des copeaux at-tendris avec la vapeur saturée à pression superatmosphérique dans une zone de température comprise entre environ 170~C et 210~C, de préférence environ 195~C, notamment pendant environ 4 à 8 minutes, suivie d'une détente à la pression atmosphérique donnant des fragments de bois. La technique de détente est par exemple celle décrite dans le brevet U.S. 4.798.651, mentionné ci-dessus.
L'extraction des préservatifs des particules de bois s'effectuera par tout moyen connu dans la technique. De préférence, les préservatifs chimiques et l'huile contenus dans le bois se partitionnent dans la phase aqueuse en contact avec les particules à toutes les étapes du procédé, notamment, lors de l'imprégnation des copeaux, lors de leur cuisson-détente et lors de leur raffinage.
Par exemple, les copeaux au départ, renfermant 8,7 mg/g de PCP et 99 mg/g d'huile perdent l'équivalent de 2 mg/g de PCP et 7,7 mg/g d'huile lors de l'imprégnation, 2,6 mg/g de PCP et 18 mg/g d'huile a la cuisson détente et 3,7 mg/g de PCP 27,5 mg/g d'huile au raffinage; alors que 97% du PCP extrait des copeaux est recouvré dans les différentes phases aqueuses, seulement 54% de l'huile extraite est recouvré L'huile est mesurée après extraction dans une phase organique constituée de fréon 113~; le reste demeure dans la phase aqueuse et serait ' ~ ~
2 ~ 4 associe à la fraction saponifiable. D'une part, l'étape d'imprégnation avec le NaO~ comme agent de gonflement permet un meilleur défibrage du bois lors de la détente à la pression atmosphérique et du s raffinage des copeaux, ce qui permet de libérer plus facilement les produits chimiques toxiques contenus dans les fibres. D'autre part, la nature de Cette solution permet de modifier la structure chimique de ces produits à extraire; le pentachlorophénol est trans~ormé en pentachlorophénolate tandis que les huiles sont partiellement saponifiées, ce ~ui favorise grandement leur partition dans la phase aqueuse. A la fin du procédé, les phases aqueuses recueillies à chacune des étapes (imprégnation, ls cuisson-détente et raffinage) contenant le PCP sous forme de pentachlorophenolate et les huiles saponifiées sont regroupées en une seule. Cette solution peut être acidifiee pour ensuite être mise en contact avec une phase huileuse. Le PCP se ~o partitionnera dans la phase huileuse qui pourra être reutilisée pour le traitement de nouveaux poteaux.
Une autre alternative serait de neutraliser la solution et d'y introduire des micro~organismes capables de mineraliser le PCP soit en milieu aérobie ou anaérobie. Dans ce dernier cas, on disposera d'une solution pouvant être rejetée dans l'environnement sans danger de contamination. Les copeaux récuperes sous forme de fibres à la fin du raffinage sont ainsi débarrassés de leur contenu en produits toxiques et peuvent également être disposés dans un site d'enfouissement.
L'invention sera maintenant illustrée par les exemples qui suivent, donnés sans caractère limitatif.
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2~69 E xemple On a réduit un poteau de ligne electrique dont l'essence est le pin rouge, en copeaux, en utilisant la dechiqueteuse industrielle. On a pris 100 g de copeaux humides (75 g de bois/sec) qu'on a mis en contact avec 225 g d'une solution de NaOH 4%
en poids pendant 24 heures à 60~C. Cette opération fut suivie d'une cuisson à la vapeur à 195~C pendant 8 minutes et d'une détente soudaine à la pression atmosphéri~ue, puis d'un raffinage-broyage, pendant 1,5 minutes, à l'aide d'un broyeur de laboratoire Waring modèle 33BL34 dans lequel était ajouté 2,5 L
d'eau. Suite à ce-tte etape, les copeaux sont laves avec 2 L d'eau sur filtre de papier Whatman No. 4.
Les quantités initiales de pentachlorophénol et d'huile dans les copeaux étaient de 8,7 mg/g et de 99 mg/g respectivement exprimees par gramme de bois sec. ~ la fin de l'opération on retrouvait 0,5 mg/g de PCP, et des traces d'huile soit un rendement de 94,6% pour le PCP et de près de 100% pour l'huile.
Il faut considérer ce rendement pour le PCP comme minimal compte tenu du fait qu'une imprégnation à la vapeur sous pression et température elevees et l'utilisation d'un raffineur-broyeur industriel (par exemple Sprout-Waldron) amelioreraient la penetration de la solution alcaline dans la matière cellulosique et par voie de consequence le defibrage des copeaux.
~xemple 2 On a repete l'essai de l'exemple 1 mais avec un temps de cuisson de 4 minutes. Les rendements obtenus furent de 96,6% pour le PCP et de près de 100% pour l'huile.
.
., Exemple 3 On a répété l'exemple 1, dans les mêmes conditions et l'on a obtenu un rendement de 96,9%
pour le PCP et de près 100% pour l'huile.
S Exemple 4 On a répété l'exemple 1, dans les mêmes conditions et l'on a obtenu un rendement de 97,3 pour le PCP et de près 100% pour l'huile.
~xemple 5 On a répété l'exemple 1, mais en remplaçant l'imprégnation avec une solution alcaline par une imprégnation à l'eau et en utilisant un temps de cuisson de 4 minutes. Les rendements ~urent de 72,3~. pour le PCP et de près 100~ pour l'huile.
Exemple. 6 On a répété l'exemple 1, mais en remplacant l'impregnation avec une solution alcaline par une impregnation à l'eau, les autres conditions étant identiques. Les rendements obtenus furent de 84,3~.
pour le PCP et de près 100% pour l'huile.
Exemple 7 On a répété l'exemple 1, sans étape d'imprégnation. Les rendements obtenus furent de 81,1% pour le PCP et de près 100% pour l'huile.
Exemple 8 On a répété l'exemple 6, sans cuisson des copeaux attendris ~ 195~C. Les rendements obtenus furent de 79,6% pour le PCP et de 88,2% pour l'huile.
30 Exemple ~
On a répété l'exemple 1, sans imprégnation ni cuisson. Les rendements obtenus furent de 10,6%
pour le PCP et de 42,9% pour l'huile.
:, , ;. ' ~ , ' 2~9~8~
Exemple 10 On a répété l'exemple 1, mais sans cuisson à
195~C Les rendements obtenus furent de 92,7~ pour le PCP et de près de 100% pour l'huile.
On trouvera un résumé des exemples 1 à 10 répertoriés dans le tableau ~ui suit. On y trouvera aussi un certain nombre d'essais (11 à 32) qui portent à croire que l'étape de cuisson n'est pas tout à fait essentielle si les normes concernant l'environnement prescrivent qu'il est suffisant d'enlever au maximum environ 94% de PCP.
Les rendements d'extraction du PCP et de l'huile (9ième et 12ième colonnes du tableau) des essais 1 à 32 ont été déterminés par analyse de ces 1~ analytes dans les copeaux de départ et la matière fibreuse produite par le procédé selon un protocole expérimental apparaissant dans le compte-rendu de la 12ième réunion annuelle de la CWPA, Vancouver B.C., 5-6 novembre 1991; "Development and application of an integrated approach to the analysis of PCP and its petroleum solvent in wood, soil and water matrices" dont les auteurs sont A. Besner, P.
Tétreault, ~.F. Archambault, L. Lépine et R.
Gilbert. L'huile était analysee par spectroscopie infrarouge selon la méthode 503B de l'APHA ~Standard Methods For the Examination of Water and Wastewater, APHA-AWWA-WPCF, 15ième édition 1980).
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necessiterait des investissements importants qui constitueraient un frein à la mise en place d'un nombre important d'usines Il faudrait au surplus pouvoir compter sur le transport à distance et même S outre frontière de ces articles, ce qui ne serait pas nécessairement acceptable pour les autorités ~ui se préoccupent de l'environnement.
Une solution simple, peu coûteuse, impliquant une technologie déjà éprouvée pour d'autres fins, et pouvant être mis en oeuvre localement serait de loin souhaitable par les utilisateurs.
On connaît certaines méthodes de traitement de rebuts de bois dans le but de les convertir en produits utiles ou des méthodes s'appliquant aux boues contenants des préservatifs, mais aucune ne s'avère en mesure de résoudre le problème énoncé ci-dessus.
Dès l'an 1900, on avait déjà préconisé le traitement des lices usees de métier à tisser en les traitant avec une solution alcaline, suivi d'etapes de lavage, de blanchiment et de sechage pour obtenir une pulpe. On fait reférence, en particulier au Brevet U.S. No. 659.715 du 16 octobre 1900, inventeur Bendix Themans.
Le brevet U.S. 3.878.994 émis le 22 avril 1975, inventeur Liong-Hian Tee, décrit une mét~ode de traitement de rebuts de bois qui permet d'ob-tenir des copeaux qui pourront etre utilisés notamment dans la fabrication de panneaux d'agglomeré. Il s'agit d'un ensemble d'opérations mécaniques comportant une réduction du volume des rebuts par impact mécani~ue, une séparation grossière de la matière par flottation, une transformation en copeaux par broyage, une élimination des pièces métalliques par passage des copeaux sur un tapis, une séparation des copeaux en fonction de leur :
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dimension et finalement, un lavage. Ce procédé de mise en forme est limité au traitement ~e rebuts de bois ne contenant pas de préservatifs chimiques. On ne pourrait évidemment pas se servir de ce procédé
S pour extraire des produits toxiques du bois.
Le brevet U.S. 4.666.612 émis le 19 mai 1987, inventeurs Donald Ç. Hof~man et Thomas L. Hurst, vise la récupération de préservatifs présents dans les déchets aqueux de procédé d'usines de traitement du bois à des fins de réutilisation des produits chimiques. Il s'agit d'une méthode complexe consistant à acheminer les rejets liquides de procédé dans un bassin extérieur de décantation et à
séparer les couches solide et liquide formées pour les traiter séparément de différentes façons. Dans ce procédé, les préservatifs sont concentrés en grande partie dans la couche solide de décantation.
Encore une fois, il s'agit d'une méthode complexe destinée surtout au traitement de boues renfermant des préservatifs.
Par ailleurs, le brevet U.S. 4.797.135 émis le 10 janvier 1989, inventeurs Josef Kubat et Lars M. Qvist, concerne la pulvérisation en poudre du bois et d'autres types de biomasse en vue d'en faire ~5 un combustible pour les bouilloires, les turbines à
gaz, les engins diesel, etc. Il s'agit de pulvériser la matière cellul.osique de départ en particules grossières, de les traiter avec une solution alcaline pour les ramollir, de les exposer à une température élevée, de les sécher et de les pulvériser à nouveau pour obtenir une poudre de granulométrie adéquate. Ce procédé n'est absolument pas destiné à l'extraction des produits toxiques contenus dans le bois traité.
Dans le brevet U.S. ~.798.651, émis le 17 janvier 1989, inventeur Bohuslav Kokta, on décrit :, ' ~
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une méthode de préparation de pulpe, basée sur l'impregnation de copeaux de bois avec une solution alcaline contenant un agent anti-oxydant tel que le sulf.ite de sodium, suivie d'un traitement avec de la S vapeur saturée a pression superatmosphérique dans une zone de température comprise entre 170~C et 210~C, suivi d'une détente à la pression atmosphérique donnant des fragments de bois lesquels sont lavés et raffinés pour former de la pulpe.
Enfin, le brevet U.S. 5.029.299, émis le 2 juillet 1991, inventeurs Gilbert Guidat et Claudine G. de Queiroz, décrit une installation complexe de fabrication de particules de bois comportant une étape de réduction mécanique grossiere des rehuts de lS bois, suivie d'un traitement thermique dans un four rotatif, d'une étape supplémentaire de réduction mécanique de la matière cellulosique, d'un traitement chimique des particules à l'aide de sels et finalement de leur ensachage comme produit fini.
A ce jour, on n'a pas décrit de méthode efficace, facile à utiliser et de conception modeste permettant d'extraire les préservatifs chimiques d'articles en bois.
L'invention a donc pour objet une méthode simple, efficace et peu coûteuse permettant d'extraire les préservatifs du bois, notamment des poteaux de lignes électriques et/ou teléphoniques ou autres.
L'invention a aussi pour objet de récupérer les additifs polluants des poteaux de bois qui sont rebutés tout en produisant une matière fibreuse dont on peut facilement disposer dans des sites d'enfouissement sans crainte de nuire à
l'environnement, ce qui n'est pas le cas pour la matière de départ.
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L'invention concerne une méthode de traitement d'articles en bois, notamment des poteaux de lignes électriques et/ou téléphoniques, comportant des préservatifs chimiques, par exemple du pentachlorophénol, des huiles et autres. Cette méthode a pour but d'extraire les présexvatifs du bois et d'obtenir un produit flnal non toxique debarrassé des préservatifs et est caractérisée par les étapes suivantes:
a- on déchiquette les articles en bois en copeaux;
b- on imprègne les copeaux obtenus à l'étape précédente avec une solution aqueuse alcaline jusqu'à attendrissement des copeaux et modification de l'état chimique des produits à extraire;
c- on soumet les copeaux attendris à une opération de raffinage dans un brcyeur, assurant le défibrage du bois, et résultant en une extraction substantielle des préservatifs des particules de bois au moins en partie défibrées; et d- on recueille les préservatifs et l'huile séparément des particules de bois dans les phases aqueuses issues des étapes d'imprégnation et de raffinage.
La réduction des copeaux se fait de préférence à l'aide d'une déchiqueteuse industrielle Morbark modèle 27 RXL pour obtenir des copeaux dont le diamètre varie notamment entre 1 et 16 mm.
Le traitement des poteaux en copeaux par une solution alcaline aqueuse, se fait habituellement avec une solution diluée renfermant de préférence entre l et 4% en poids de NaOH, et pendant une période comprise entre 1 heure et 24 heures. Cette solution alcaline permet le gonflement du bois, ce qui amollit les copeaux et favorise leur défibrage aux étapes de la cuisson-détente et raffinage. Bien .
:, ' que ce ne soit pas absolument critique, on préfère que l'impré~nation s'effectue à environ 60~C.
Dans le cas d'une application industrielle du procédé, ce temps pourrait etre ~éduit de quelques S heuxes à quelques minutes par une imprégnation a la vapeur sous pressiorl et température élevées.
Un rendement supérieur peut être obtenu en introduisant entre l'étape d'imprégnation et celle du raffinage, une étape de traitement des copeaux at-tendris avec la vapeur saturée à pression superatmosphérique dans une zone de température comprise entre environ 170~C et 210~C, de préférence environ 195~C, notamment pendant environ 4 à 8 minutes, suivie d'une détente à la pression atmosphérique donnant des fragments de bois. La technique de détente est par exemple celle décrite dans le brevet U.S. 4.798.651, mentionné ci-dessus.
L'extraction des préservatifs des particules de bois s'effectuera par tout moyen connu dans la technique. De préférence, les préservatifs chimiques et l'huile contenus dans le bois se partitionnent dans la phase aqueuse en contact avec les particules à toutes les étapes du procédé, notamment, lors de l'imprégnation des copeaux, lors de leur cuisson-détente et lors de leur raffinage.
Par exemple, les copeaux au départ, renfermant 8,7 mg/g de PCP et 99 mg/g d'huile perdent l'équivalent de 2 mg/g de PCP et 7,7 mg/g d'huile lors de l'imprégnation, 2,6 mg/g de PCP et 18 mg/g d'huile a la cuisson détente et 3,7 mg/g de PCP 27,5 mg/g d'huile au raffinage; alors que 97% du PCP extrait des copeaux est recouvré dans les différentes phases aqueuses, seulement 54% de l'huile extraite est recouvré L'huile est mesurée après extraction dans une phase organique constituée de fréon 113~; le reste demeure dans la phase aqueuse et serait ' ~ ~
2 ~ 4 associe à la fraction saponifiable. D'une part, l'étape d'imprégnation avec le NaO~ comme agent de gonflement permet un meilleur défibrage du bois lors de la détente à la pression atmosphérique et du s raffinage des copeaux, ce qui permet de libérer plus facilement les produits chimiques toxiques contenus dans les fibres. D'autre part, la nature de Cette solution permet de modifier la structure chimique de ces produits à extraire; le pentachlorophénol est trans~ormé en pentachlorophénolate tandis que les huiles sont partiellement saponifiées, ce ~ui favorise grandement leur partition dans la phase aqueuse. A la fin du procédé, les phases aqueuses recueillies à chacune des étapes (imprégnation, ls cuisson-détente et raffinage) contenant le PCP sous forme de pentachlorophenolate et les huiles saponifiées sont regroupées en une seule. Cette solution peut être acidifiee pour ensuite être mise en contact avec une phase huileuse. Le PCP se ~o partitionnera dans la phase huileuse qui pourra être reutilisée pour le traitement de nouveaux poteaux.
Une autre alternative serait de neutraliser la solution et d'y introduire des micro~organismes capables de mineraliser le PCP soit en milieu aérobie ou anaérobie. Dans ce dernier cas, on disposera d'une solution pouvant être rejetée dans l'environnement sans danger de contamination. Les copeaux récuperes sous forme de fibres à la fin du raffinage sont ainsi débarrassés de leur contenu en produits toxiques et peuvent également être disposés dans un site d'enfouissement.
L'invention sera maintenant illustrée par les exemples qui suivent, donnés sans caractère limitatif.
.
. .
2~69 E xemple On a réduit un poteau de ligne electrique dont l'essence est le pin rouge, en copeaux, en utilisant la dechiqueteuse industrielle. On a pris 100 g de copeaux humides (75 g de bois/sec) qu'on a mis en contact avec 225 g d'une solution de NaOH 4%
en poids pendant 24 heures à 60~C. Cette opération fut suivie d'une cuisson à la vapeur à 195~C pendant 8 minutes et d'une détente soudaine à la pression atmosphéri~ue, puis d'un raffinage-broyage, pendant 1,5 minutes, à l'aide d'un broyeur de laboratoire Waring modèle 33BL34 dans lequel était ajouté 2,5 L
d'eau. Suite à ce-tte etape, les copeaux sont laves avec 2 L d'eau sur filtre de papier Whatman No. 4.
Les quantités initiales de pentachlorophénol et d'huile dans les copeaux étaient de 8,7 mg/g et de 99 mg/g respectivement exprimees par gramme de bois sec. ~ la fin de l'opération on retrouvait 0,5 mg/g de PCP, et des traces d'huile soit un rendement de 94,6% pour le PCP et de près de 100% pour l'huile.
Il faut considérer ce rendement pour le PCP comme minimal compte tenu du fait qu'une imprégnation à la vapeur sous pression et température elevees et l'utilisation d'un raffineur-broyeur industriel (par exemple Sprout-Waldron) amelioreraient la penetration de la solution alcaline dans la matière cellulosique et par voie de consequence le defibrage des copeaux.
~xemple 2 On a repete l'essai de l'exemple 1 mais avec un temps de cuisson de 4 minutes. Les rendements obtenus furent de 96,6% pour le PCP et de près de 100% pour l'huile.
.
., Exemple 3 On a répété l'exemple 1, dans les mêmes conditions et l'on a obtenu un rendement de 96,9%
pour le PCP et de près 100% pour l'huile.
S Exemple 4 On a répété l'exemple 1, dans les mêmes conditions et l'on a obtenu un rendement de 97,3 pour le PCP et de près 100% pour l'huile.
~xemple 5 On a répété l'exemple 1, mais en remplaçant l'imprégnation avec une solution alcaline par une imprégnation à l'eau et en utilisant un temps de cuisson de 4 minutes. Les rendements ~urent de 72,3~. pour le PCP et de près 100~ pour l'huile.
Exemple. 6 On a répété l'exemple 1, mais en remplacant l'impregnation avec une solution alcaline par une impregnation à l'eau, les autres conditions étant identiques. Les rendements obtenus furent de 84,3~.
pour le PCP et de près 100% pour l'huile.
Exemple 7 On a répété l'exemple 1, sans étape d'imprégnation. Les rendements obtenus furent de 81,1% pour le PCP et de près 100% pour l'huile.
Exemple 8 On a répété l'exemple 6, sans cuisson des copeaux attendris ~ 195~C. Les rendements obtenus furent de 79,6% pour le PCP et de 88,2% pour l'huile.
30 Exemple ~
On a répété l'exemple 1, sans imprégnation ni cuisson. Les rendements obtenus furent de 10,6%
pour le PCP et de 42,9% pour l'huile.
:, , ;. ' ~ , ' 2~9~8~
Exemple 10 On a répété l'exemple 1, mais sans cuisson à
195~C Les rendements obtenus furent de 92,7~ pour le PCP et de près de 100% pour l'huile.
On trouvera un résumé des exemples 1 à 10 répertoriés dans le tableau ~ui suit. On y trouvera aussi un certain nombre d'essais (11 à 32) qui portent à croire que l'étape de cuisson n'est pas tout à fait essentielle si les normes concernant l'environnement prescrivent qu'il est suffisant d'enlever au maximum environ 94% de PCP.
Les rendements d'extraction du PCP et de l'huile (9ième et 12ième colonnes du tableau) des essais 1 à 32 ont été déterminés par analyse de ces 1~ analytes dans les copeaux de départ et la matière fibreuse produite par le procédé selon un protocole expérimental apparaissant dans le compte-rendu de la 12ième réunion annuelle de la CWPA, Vancouver B.C., 5-6 novembre 1991; "Development and application of an integrated approach to the analysis of PCP and its petroleum solvent in wood, soil and water matrices" dont les auteurs sont A. Besner, P.
Tétreault, ~.F. Archambault, L. Lépine et R.
Gilbert. L'huile était analysee par spectroscopie infrarouge selon la méthode 503B de l'APHA ~Standard Methods For the Examination of Water and Wastewater, APHA-AWWA-WPCF, 15ième édition 1980).
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Claims (9)
1. Méthode de traitement d'articles en bois comportant des préservatifs chimiques et des huiles, destinée à extraire lesdits préservatifs du bois et obtenir en fin de compte une matière cellulosique non-toxique débarrassée des préservatifs, caractérisée par les étapes suivantes:
a- on déchiquette lesdits articles en bois en copeaux;
b- on imprègne les copeaux obtenus à l'étape précédente avec une solution aqueuse alcaline, jusqu'à attendrissement des copeaux et modification de l'état chimique des produits à extraire;
c- on soumet les copeaux attendris à une opération de raffinage dans un broyeur assurant le défibrage du bois, et résultant en une libération substantielle des préservatifs des particules de bois au moins en partie défibrées; et d- l'on recueille les préservatifs chimiques et l'huile séparément des particules de bois dans les phases aqueuses issues des étapes d'imprégnation et de raffinage.
a- on déchiquette lesdits articles en bois en copeaux;
b- on imprègne les copeaux obtenus à l'étape précédente avec une solution aqueuse alcaline, jusqu'à attendrissement des copeaux et modification de l'état chimique des produits à extraire;
c- on soumet les copeaux attendris à une opération de raffinage dans un broyeur assurant le défibrage du bois, et résultant en une libération substantielle des préservatifs des particules de bois au moins en partie défibrées; et d- l'on recueille les préservatifs chimiques et l'huile séparément des particules de bois dans les phases aqueuses issues des étapes d'imprégnation et de raffinage.
2. Méthode de traitement selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite solution aqueuse alcaline est une solution diluée de NaOH ou de KOH.
3. Méthode de traitement selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite solution diluée renferme environ 1% à 4% en poids de NaOH ou de KOH.
4. Méthode de traitement selon la revendication 1, caractérisée en ce que préalablement à l'étape c, l'on introduit une étape de traitement avec de la vapeur saturée à pression superatmosphérique dans une zone de température comprise entre environ 170°C
et 210°C, suivie d'une détente explosive donnant des fragments de bois, une partie des préservatifs chimiques et de l'huile se retrouvant dans les phases aqueuses issues de l'étape cuisson-détente.
et 210°C, suivie d'une détente explosive donnant des fragments de bois, une partie des préservatifs chimiques et de l'huile se retrouvant dans les phases aqueuses issues de l'étape cuisson-détente.
5. Méthode de traitement selon la revendication 4, caractérisée en ce que le traitement avec de la vapeur saturée s'effectue à une température d'environ 195°C pendant environ 4 à 8 minutes.
6. Méthode selon la revendication 1 ou 4, caractérisée en ce que l'imprégnation s'effectue entre environ 20° et 60°C pendant environ 1 à 24 heures.
7. Méthode selon la revendication 1 ou 4, caractérisée en ce que les articles en bois sont constitués de poteaux de bois ou de dormants.
8. Méthode selon la revendication 1 ou 4, caractérisée en ce que les préservatifs comprennent du pentachlorophénol, des huiles ou un mélange de ces derniers.
9. Méthode selon la revendication 1 ou 4, caractérisée en ce que l'on réduit les articles en bois en copeaux dont les diamètres varient entre de 1 à 16 mm.
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