CA2176118A1 - Method for inerting waste by crystallisation - Google Patents

Method for inerting waste by crystallisation

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CA2176118A1
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Pierre Blazy
Michel Arnold
Jean-Louis Pineau
Bach Tuyet Lam
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Abstract

A method for inerting residues from the incineration of industrial or household waste or metal hydroxide sludge, whereby the toxic metals contained therein are stabilised and thus immobilised over the long term. The method includes the steps of heating a mixture containing the waste to be processed and one or more nucleating agents containing ferrous compounds in particular. Heating is performed under conditions such that a liquid-phase mixture also known as a molten mixture or melt is obtained, wherein at least 5 % of the Fe¿2?O¿3? oxides are converted into FeO oxides. The method further comprises the steps of controllably cooling the melt to give a solid in which the heavy metals contained in the processed waste are included within crystalline structures, and recovering the resulting solid. The heating step may include a phase of stabilising the mixture at a temperature which enables the complete liquefaction of the mixture to be processed.

Description

~ Wo 95/13116 PCT/FR94/01322 21~6.1 18 ., .

PROCEDE D' J ~ At ~ DE DECXETS PAR CRISTALLISATION

La présente invention concerne un procédé d'inertage de déchets, permettant d'immobiliser à long terme par stabilisation, les métaux toxiques contenus dans ces déchets.
Par le terme "déchet" dans le cadre de la présente demande, on entend des résidus d'incinération de déchets industriels ou domestiques ou des boues d'hydroxydes métalliques.
Parmi les déchets susceptibles d'etre traités conformément au procédé de l'invention, on cite donc, à
titre d'exemples, les scories (ou mâchefers) provenant de l'incinération des déchets industriels ou domestiques, les boues d'hydroxydes métalliques.
L'incinération habituellement pratiquée des déchets domestiques et industriels génère des produits qui brutalement refroidis lors de la trempe hydraulique subie à la sortie du four, forment un matériau polyphasé
contenant des cristaux dloxydes de fer et d'aluminosilicates noyés dans une gangue vitreuse fragilisée par des variations thermiques extrêmes. Les métaux lourds toxiques, partagés entre les différentes structures, sont alors facilement mobilisables par des agents externes, naturels ou provoqués, et rendent les scories potentiellement dangereuses vis à vis de l'environnement.
Les verres produits lors de l'incinération ont souvent été considérés comme des produits stables aptes à
immobiliser les métaux lourds et ce de manière durable.
Il est important de souligner que ces scories, seulement "pro parte" vitreuses et évolutives avec le temps, représentent un danger différé. En effet les bains aluminosilicatés produits dans les incinérateurs industriels subissent une trempe hydraulique tres préjudiciable. Durant ce refroidissement brutal d'un WO95/13116 PCT~4/Q1322 -, ~ i ~

matériau polyphasé, constitué en géneral par des spinelles noyés dans un matériau vitreux, des contractions différentielles apparaissent en raison de la différence importante entre les coefficients d'expansion thermique isobare des spinelles et de la phase vitreuse.
Se contractant plus au refroidissement, le verre se fracture et/ou accumule des contraintes dont la relaxation est à l'origine d'une micro-fracturation sur le site de stockage. Thermodynamiquement instable, le verre l'est aussi mécaniquement.
Comme la masse de métaux extraits par la lixiviation de la phase vitreuse est proportionnelle aux surfaces venant en contact avec la solution, on conçoit que ces scories (encore appelées mâchefers), puissent arriver à
être percolées à coeur en des durées de quelques années, durées très brèves comparées à l'unité de temps géologique : le million d'années.
Afin d'assurer à la fois la conformité légale et l'innocuité pérenne de ces mâchefers, une solution consiste à immobiliser ces éléments nocifs dans des édifices cristallins, stables à l'échelle des temps géologiques.
La phase cristalline a un comportement différent du comportement de la phase vitreuse à la lixiviation. En effet, le cristal est une organisation de la matière beaucoup plus stable que le verre de même composition.
Aussi la destruction d'une ou de plusieurs espèces minérales cristallisées des roches par dissolution, oxydation et hydrolyse combinées est excessivement lente et opérée à l'échelle du million d'années. Les métaux nocifs qu'elles renferment, libérés au même rythme, sont donc pratiquement sans danger pour notre environnement.
On a également proposé un recours à une vitrification. Une première voie passe par la réalisation d'un verre à haute température (4000 à 5000-C), à l'aide d'une torche à plasma, en modifiant très peu la ~ woss/13116 PCT~R941Q1322 composition chimique du produit initial. Une seconde voie requiert la synthese d'un verre boro-silicaté alcalin, insoluble, dans lequel est dispersé le déchet. Ce procédé
modifie considérablement la teneur du produit initial.
Aucune autre solution de traitement des scories issues de llincinération de déchets industriels ou de déchets ménagers, ne semble avoir été proposée. Le traitement de stabilisation des mâchefers par recristallisation modifie très peu le chim;sme des déchets et en particulier des scories qu'ils contiennent, et n'apporte que très peu de matière supplémentaire permettant la transformation d'un déchet en un matériau voisin d'un matériau naturel.
Pour apporter une solution au problème du stockage des déchets nocifs industriels ou domestiques, les inventeurs de la présente demande proposent donc de transformer ces déchets en un matériau ayant les propriétés des roches naturelles s'agissant de leur structure cristalline.
Dans ce but un procédé a été mis au point, qui consiste, en fonction des structures et des compositions des déchets, à diriger la migration des métaux qu'ils contiennent, de la matière vitreuse vers les phases cristallisées en croissance.
Le procédé selon l'invention pour le traitement de déchets est selon un premier mode de réalisation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- le chauffage d'un mélange comprenant les déchets à
traiter et un ou plusieurs agents de nucléation contenant notamment des composés ferreux, ledit chauffage étant realisé dans des conditions telles qu'il permet l'obtention d'un mélange en phase liquide encore appelé
mélange de fusion ou "melt", dont au moins 5% des oxydes Fe203 sont pour l'essentiel transformés en oxydes FeO ;
- le refroidissement contrôlé du "melt" jusqu'à
l'obtention d'un matériau solide dans lequel les métaux WO95/13116 pcTn~4lol322 -lourds contenus dans les déchets traités sont stabilisés au sein de st~ctures cristallines contenant des cristaux de la famille des spinelles ;
- la récuperation du matériau solide obtenu.
Le procédé ainsi caractérisé a pour but de permettre dans un premier temps la liquéfaction complète des déchets à traiter et dans un second temps, l'inclusion au cours d'un refroidissement contrôlé, des métaux contenus dans les déchets, au sein de structures cristallines se d~veloppant au fur et à mesure de la solidification du mélange de *usion lors de son refroidissement. En d'autres termes, la maitrise de la diminution progressive de la température lors du refroidissement du "melt"
permet de contrôler le processus de germination des cristaux formés incluant des métaux lourds contenus dans les déchets. Ces structures cristallines contiennent des cristaux de la famille des spinelles.
De préférence, 10% à 80%, voire plus, des oxydes Fe2O3 sont transformés en oxydes FeO.
Avantageusement, le procédé de traitement de l'invention permet d'obtenir entre environ 20% et environ 50% de spinelles, voire plus, exprimés en poids du mélange à chauffer.
Les proportions relatives des déchets à traiter et des agents de nucleation en poids par rapport au poids du mélange à chauffer sont déterminées par rapport à la composition chimique des déchets à traiter, qu'il s'agisse de scories ou de boues d'hydroxydes.
A cet effet, la composition des déchets en oxydes de type SiO2, CaO, Fe2O3, Al2O3, TiO2, MgO est principalement prise en compte. L'invention pourra de même être appliquée a des déchets se distinguant des précédents mais dont l'analyse chimique révèle une parenté avec les scories ou les boues d'hydroxydes métalliques pour les éléments principaux.

~ WO 9S/13116 r~ ~ 2 1 7 6 1 1 8 PCTn~94/01322 Le procédé de traitement de l'invention devant favoriser la formation de spinelles (AIlBllIX4) et non la formation unique de magnétite (FeO(L)+Fe2O3(L)), il est nécessaire de privilégier la réduction des oxydes Fe2O3 notamment en apportant des agents de nucléation capables de réagir préférentiellement avec ces oxydes Fe2O3 plutôt qu'avec les oxydes tels que CaO. Ces agents de nucléation sont par exemple de la limaille de fer ou toute composition contenant du fer en proportion par rapport au poids du mélange à chauffer lors du traitement thermique, variant d'environ 0,5% à environ 15%.
Lorsque les déchets à traiter sont des boues d'hydroxydes, les agents de nucléation sont avantageusement des scories.
De façon préférée, l'inertage des déchets est réalisé par une cristallisation complète du matériau sous forme de structure incluant des métaux contenus dans les déchets. Une cristallisation permettant l'immobilisation de 80 à 100%, de préférence 90 à 100% des métaux (exprimés en pourcentage du poids) contenus dans les déchets apparait d'ores et déjà satisfaisante.
Le procédé décrit présente l'intérêt de conduire à
l'immobilisation des métaux de façon stable dans le temps à l'échelle géologique (inertage) assurant ainsi l'innocuité des métaux contenus dans les déchets.
on appelle refroidissement contrôlé du mélange de fusion ou "melt", un refroidissement dont on maftrise la diminution au moins jusqu'a la solidification complète du mélange de fusion. En d'autres termes, il s'agit d'un =refroidissement progressif, dont la progression est déterminée pour être suffisamment lente.
-La solidification complète du mélange de fusion est normalement obtenue à une température comprise entre environ 1050-C et environ 1250-C, de préférence entre environ 1100 et environ 1210C.

WO95/13116 PCT~R9~/01322 -~ls~ ~17~

Elle marque la fin de la cristallisation et est considérée comme ayant permis l'immobilisation d'au moins 80% des métaux, exprimés en pourcentage du poids des déchets traités.
De préférence, le refroidissement sera mené de telle facon que la diminution de température est de l'ordre d'environ l-C a 10-C par minute au moins jusqu'~ la cristallisation voire jusqu'à la solidification complète du mélange de fusion. De façon générale jusqu'à
l'obtention de cette solidification, le refroidissement doit être le plus lent possible.
Différentes techniques connues de refroidissement peuvent être utilisées. On pourra par exemple procéder ce refroidissement dans l'air.
Une autre possibilité est d'utiliser la capacité
calorifique du mélange de fusion qui au contact d'une surface ayant une température moins élevée subira une diminution de température. On peut dans cette hypothèse, en connaissant la conductivité thermique du mélange, déterminer la vitesse de refroidissement de ce mélange et choisir la température de la surface au contact de laquelle le refroidissement doit avoir lieu, pour obtenir le refroidissemnet lent recherché.
L'étape de chauffage dont il est question ci-dessus dans le procédé de traitement de l'invention, doit être r~alisée de facon à obtenir un mélange to'alement liquéfié. Pour ce faire, on pourra avoir recours à une étape de stabilisation de la température lorqu'elle a atteint son niveau le plus élevé, afin d'assurer cette liquéfaction complète. Le temps de stabilisation varie en fonction de la température la plus élevée de l'étape de chauffage ; il peut par exemple être d'une durée d'environ 1 heure ou être adapté en fonction de la quantité de déchets traités.
Selon un premier mode de réalisation du procédé de l'invention, les déchets à traiter sont des scories ~ WO95/13116 PCTn~4/01322 '`~ 61~8 résultant de l'incinération préalable de déchets industriels ou domestiques.
La composition moyenne des scories est donnée dans les exemples qui suivent sur la base d'échantillons de déchets industriels. De façon générale, les scories contiennent majoritairement des matières minérales incombustibles combinées sous de multiples formes oxydées. En particulier, les scories contiennent en général une proportion relativement importante d'oxydes de fer.
Ces oxydes de fer sont par exemple sous la forme de magnétite qui appartient à la famille des spinelles, et le procédé de l'invention a notamment pour objet de conduire à la formation de spinelles supplémentaires, différents de la magnétite.
Ainsi lors du chauffage réalisé dans le cadre du procédé de l'invention, la magnétite ainsi que les autres éléments solides des scories, sont fondus et leur refroidissement progressif conduit ensuite permet notamment la substitution des atomes de fer contenus dans les magnétites, par des atomes de métal contenus dans les déchets. Le même processus de substitution peut avoir lieu avec d'autres spinelles formés à partir des scories lors du traitement selon l'invention.
Ce phénomène peut être favorisé par l'addition aux scories issues des déchets, d'agents de nucléation, en particulier de composés ferreux, par exemple de la limaille de fer.
A titre d'exemple, les scories à traiter peuvent représenter de 100% à 85% estimés en poids, du mélange réactionnel soumis à l'étape de chauffage, les agents de nucléation représentant dans ce cas de 0% à environ 15%
en poids du mélange réactionnel.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les déchets traités sont des boues d'hydroxydes métalliques.

WO95/13116 PCT~R94/01322 ~

La composition des boues d'hydroxydes métalliques est illustrée également dans les exemples qui suivent.
Dans le cas du traitement des boues d'hydroxydes metalliques, le procédé de l'invention est avantageusement mis en oeuvre en remplacant tout ou partie des composés ferreux constituant les agents de nucléation, par des scories. Dans ce cas, on peut avoir un mélange réactionnel comprenant, exprimé en pourcentage par rapport au poids des déchets à traiter, de 70% ~ 30%
de boues et de 30% à 70% de scories.
Eventuellement, une fraction des scories intervenant comme agents de nucléation favorisant la formation des spinelles peut être remplacée par des composés ferreux tels que décrits ci-dessus. Ainsi, la proportion de composés ferreux peut être d'environ 5 ~ en poids du mélange à chauffer.
Le procédé de traitement selon l'invention est selon un mode de réalisation préféré, caractérisé en ce que l'étape de chauffage est réalisée dans des conditions telles qu'elle permet a) la liquéfaction de la magnétite contenue dans les scories et la libération des oxydes Fe2O3, et b) la réduction de l'oxyde Fe2O3 formé, en oxyde FeO par addition d'agents tels que le fer.
De façon avantageuse, la température du mélange traiter par chauffage est portée jusqu'à environ au moins 1450C de préférence jusqu'à environ 1500-C. Cette température peut être aménagée en fonction de la quantité
de déchets à traiter et de leur composition initiale.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les composés ferreux utilisés comme agents de nucléation sont du fer.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, ces composés ferreux sont de la limaille de fer, de préférence dans une proportion supérieure à 0,5% en poids du mélange à traiter par chauffage et de façon ~ WO9~/13116 ~ PCT~4/01322 ~6~ia particulièrement préférée, dans une proportion d'environ 1~ en poids du mélange à traiter.
A titre d'exemple, les déchets à traiter selon le procédé de l'invention contiennent principalement les oxydes suivants dans une proportion donnée en pourcentage par rapport au poids total des déchets :
scories boues SiO2 26,25 ~ 45,65 1,4 - 2,7 Al2O3 7,43 - 17,98 1 - 3 Fe2O3 14,53 - 34,92 3 - 15 MnO 0,54 - 1,88 0,05 - 0,2 MgO 1,64 - 2,86 0,5 - 1 CaO 6,41 - 10,16 20 - 32 Na2O 2,66 - 10,82 1,5 - 4 K2O 0,56 - 1,61 0,2 - 0,3 Tio2 3,66 - 7,69 0,01 - 0,1 P2O5 0,96 - 2,54 5 - 18 CO2 0,33 - 4,32 5 - 11 S total 0,03 - 2,53 4 - 14 La réalisation du procédé de l'invention peut être facilitée lorsque les déchets à traiter, qu'il s'agisse de scories ou de boues, sont préalablement mélangés de façon homogène avec les agents de nucléation et en particulier avec les composés ferreux.
Dans le cas des scories, l'homogénéisation peut être réalisée à partir de scories ayant une granulométrie inférieure à 10 mm ou moins, de préférence inférieure à 2 mm.
De facon tout a fait intéressante, l'homogénéisation pourra être améliorée par une étape de porphyrisation du mélange à traiter par exemple de manière à obtenir une granulométrie inférieure à 10 ~m.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaissent dans les figures et dans les exemples qui suivent.

W095/13116 ~ ~17611~ PCTn~4101322 Figure 1 : 8tructure d'un spinelle direct de formule Figure 2 : Diagramme d'équilibre des feldspath plagioclases Figure 3 : Diagramme de stabilité de Fe - Fe203 en fonction de log P2 EXEMPLES
I . Trait~ment des scories I.l. Compositi.on de~ mâchefers A~ Compositio~ chimique Les scories résultent de l'incinération de déchets organiques Elles contiennent majoritairement des matières minérales incombustibles combinées sous de multiples formes oxydées. En fonction des déchets incinérés, les teneurs en oxydes et éléments chimiques varient dans les proportions données par le tableau 1 ci-dessous.

Variation des teneurs Eléments majeurs Oxydes TeneUrS t%) 8io2 26,25 - 45,65 A1203 7,43 - 17,98 Fe203 14,53 - 34,92 MnO 0,54 - 1,88 MgO 1,64 - 2,86 CaO 6,41 - 10,16 Na20 2,66 - 10,82 K20 0,56 - 1,61 Tio2 3,66 - 7,69 ~ woss/13116 PCTn~4/01322 ~1~6tl8 P205 0,96 - 2,54 C02 0,33 - 4,32 S total 0,03 - 2,53 Elements traceQ

Eléments Teneurs ~ppm) B~ 8800 - 11500 Be 1,79 - 4 Co 1449 - 13000 Cr 6716 - 16800 Cu 5 7000 Ga 19 - 39 Nb 49 - 235 Ni 399 - 10200 Rb 14 - 51 8c 8,6 - 12,8 8r 276 - 1135 Th 5,1 - 12 Y 5,1 - 24 Zn 600 - 6300 zr 208 - 3350 Pb 142 - 1215 C~ 0,6 - 1,7 8n 24 - 177 As 7,5 - 42 Hg 0,02 - 0,12 P.F. 1010 C ~-3,76) - 1,47 Tableau 1 : Teneurs limites des scories WO95/13116 pcTn~4lol322 ~
~ Wo 95/13116 PCT / FR94 / 01322 21 ~ 6.1 18 .,.

PROCESS OF J ~ AT ~ OF DECXETS BY CRYSTALLIZATION

The present invention relates to an inerting process of waste, making it possible to immobilize in the long term by stabilization, the toxic metals contained in these waste.
By the term "waste" in the context of this request means waste incineration residues industrial or domestic or hydroxide sludge metallic.
Among the wastes likely to be treated in accordance with the process of the invention, therefore, As examples, the slag (or bottom ash) from the incineration of industrial or domestic waste, metal hydroxide sludge.
Usually incineration of waste domestic and industrial products that brutally cooled during the hydraulic quenching leaving the oven, form a polyphase material containing crystals of iron oxides and aluminosilicates embedded in a glassy matrix weakened by extreme thermal variations. The toxic heavy metals, shared between different structures, are then easily mobilized by external agents, natural or induced, and make them potentially dangerous slag from the environment.
The glasses produced during the incineration have often regarded as stable products suitable for immobilize heavy metals in a sustainable manner.
It is important to emphasize that these slag, only "pro parte" glassy and evolving over time, represent a delayed danger. Indeed the baths aluminosilicate produced in incinerators manufacturers undergo very hydraulic quenching detrimental. During this brutal cooling of a WO95 / 13116 PCT ~ 4 / Q1322 -, ~ i ~

polyphase material, generally made up of spinels embedded in a glassy material, differential contractions appear due to the important difference between the expansion coefficients isobaric thermal of the spinels and the glassy phase.
Contracting more on cooling, the glass fracture and / or accumulates stresses whose relaxation is at the origin of a micro-fracturing on the storage site. Thermodynamically unstable, the glass is also mechanically.
As the mass of metals extracted by leaching of the glassy phase is proportional to the surfaces coming into contact with the solution, we can see that these slag (also called bottom ash), can get to be percolated to heart in durations of a few years, very short durations compared to the unit of time geological: the million years.
In order to ensure both legal compliance and the long-term safety of these clinkers, a solution consists in immobilizing these harmful elements in crystal clear buildings, stable over time geological.
The crystalline phase behaves differently from behavior of the glassy phase on leaching. In effect, crystal is an organization of matter much more stable than glass of the same composition.
Also the destruction of one or more species mineral crystallized from rocks by dissolution, oxidation and hydrolysis combined is excessively slow and operated on a million-year scale. Metals harmful that they contain, released at the same rate, are therefore practically harmless to our environment.
A recourse has also been proposed vitrification. A first way is through realization a high temperature glass (4000 to 5000-C), using of a plasma torch, by modifying very little the ~ woss / 13116 PCT ~ R941Q1322 chemical composition of the original product. A second way requires the synthesis of an alkaline borosilicate glass, insoluble, in which the waste is dispersed. This process considerably changes the content of the initial product.
No other slag treatment solution from the incineration of industrial waste or household waste, does not seem to have been proposed. The bottom ash stabilization treatment by recrystallization changes the chemistry very little;
waste and in particular the slag it contains, and brings very little additional material allowing the transformation of a waste into a material neighbor of a natural material.
To provide a solution to the storage problem harmful industrial or domestic waste, inventors of the present application therefore propose to transform this waste into a material with the properties of natural rocks with regard to their crystal structure.
To this end, a process has been developed which consists, depending on the structures and compositions waste, directing the migration of metals they contain glassy material to the phases growing crystallized.
The method according to the invention for the treatment of waste is according to a first embodiment, characterized in that it comprises the following stages:
- heating a mixture comprising the waste to process and one or more nucleating agents containing in particular ferrous compounds, said heating being carried out under conditions such that it allows obtaining a liquid phase mixture also called melting mixture or "melt", of which at least 5% of the oxides Fe203 are mainly transformed into FeO oxides;
- controlled cooling of the melt to obtaining a solid material in which the metals WO95 / 13116 pcTn ~ 4lol322 -heavy content in treated waste is stabilized within crystalline structures containing crystals from the spinel family;
- recovery of the solid material obtained.
The purpose of the process thus characterized is to allow initially the complete liquefaction of waste to be treated and, secondly, the inclusion during controlled cooling, contained metals in waste, within crystal structures d ~ veloppant as the solidification of the * usion mixture during its cooling. In in other words, mastering the gradual decrease of the temperature during cooling of the "melt"
helps control the germination process of crystals formed including heavy metals contained in waste. These crystal structures contain crystals of the spinel family.
Preferably 10% to 80% or more of the oxides Fe2O3 are transformed into FeO oxides.
Advantageously, the method for processing the invention makes it possible to obtain between approximately 20% and approximately 50% or more spinels expressed by weight of the mixture to be heated.
The relative proportions of the waste to be treated and nucleating agents by weight relative to the weight of the mixture to be heated are determined with respect to the chemical composition of the waste to be treated, whether be slag or hydroxide sludge.
To this end, the composition of waste oxides of type SiO2, CaO, Fe2O3, Al2O3, TiO2, MgO is mainly taken into account. The invention may likewise be applied to waste distinguished from previous but whose chemical analysis reveals a kinship with the slag or metal hydroxide sludge for main elements.

~ WO 9S / 13116 r ~ ~ 2 1 7 6 1 1 8 PCTn ~ 94/01322 The method of processing the invention before favor the formation of spinels (AIlBllIX4) and not the unique formation of magnetite (FeO (L) + Fe2O3 (L)), it is it is necessary to favor the reduction of Fe2O3 oxides in particular by providing nucleating agents capable to react preferentially with these Fe2O3 oxides rather than with oxides such as CaO. These nucleating agents are for example iron filings or any composition containing iron in proportion to the weight of the mixture to be heated during the heat treatment, varying from approximately 0.5% to approximately 15%.
When the waste to be treated is sludge hydroxides, the nucleating agents are advantageously slag.
Preferably, inerting of the waste is achieved by complete crystallization of the material under form of structure including metals contained in waste. A crystallization allowing immobilization from 80 to 100%, preferably 90 to 100% of the metals (expressed as a percentage of the weight) contained in the waste already appears satisfactory.
The process described has the advantage of leading to immobilization of metals stably over time on a geological scale (inerting) thus ensuring the safety of the metals contained in the waste.
is called controlled cooling of the mixture of fusion or "melt", a cooling which we control decrease at least until the solidification of the melting mixture. In other words, it is a = progressive cooling, the progression of which is determined to be slow enough.
-The complete solidification of the melting mixture is normally obtained at a temperature between about 1050-C and about 1250-C, preferably between around 1100 and around 1210C.

WO95 / 13116 PCT ~ R9 ~ / 01322 -~ ls ~ ~ 17 ~

It marks the end of crystallization and is considered to have immobilized at least 80% of metals, expressed as a percentage of the weight of treated waste.
Preferably, the cooling will be carried out in such a way so the temperature drop is around from around lC to 10-C per minute at least until crystallization or even until complete solidification of the fusion mixture. Generally up to obtaining this solidification, cooling should be as slow as possible.
Different known cooling techniques can be used. We could for example proceed this cooling in the air.
Another possibility is to use the capacity heat of the melting mixture which in contact with a surface with a lower temperature will undergo a temperature decrease. We can in this hypothesis, knowing the thermal conductivity of the mixture, determine the cooling rate of this mixture and choose the surface temperature in contact with which cooling must take place, to obtain the slow cooling sought.
The heating step referred to above in the treatment method of the invention, must be r ~ made so as to obtain a mixture to'alement liquefied. To do this, we can use a temperature stabilization step when it has reaches its highest level, in order to ensure this complete liquefaction. The stabilization time varies in function of the highest temperature of the stage of heater ; it can for example be of a duration about 1 hour or be adapted according to the amount of waste treated.
According to a first embodiment of the method of the invention, the waste to be treated is slag ~ WO95 / 13116 PCTn ~ 4/01322 '' ~ 61 ~ 8 resulting from the preliminary incineration of waste industrial or domestic.
The average composition of the slag is given in the following examples based on samples of industrial waste. Generally, slag mainly contain mineral matter incombustibles combined in multiple forms oxidized. In particular, slag contains in generally a relatively large proportion of oxides of iron.
These iron oxides are for example in the form of magnetite which belongs to the spinel family, and the object of the invention is in particular to lead to the formation of additional spinels, different from magnetite.
Thus during the heating carried out within the framework of the process of the invention, magnetite and the others solid elements of the slag, are melted and their progressive cooling then leads in particular the substitution of the iron atoms contained in magnetites, by metal atoms contained in waste. The same substitution process can have place with other spinels formed from slag during the treatment according to the invention.
This phenomenon can be favored by the addition to slag from waste, nucleating agents, particular of ferrous compounds, for example iron filings.
For example, the slag to be treated can represent from 100% to 85% estimated by weight, of the mixture reaction subjected to the heating step, the nucleation representing in this case from 0% to about 15%
by weight of the reaction mixture.
According to another embodiment of the invention, the treated waste is hydroxide sludge metallic.

WO95 / 13116 PCT ~ R94 / 01322 ~

The composition of metal hydroxide sludge is also illustrated in the following examples.
In the case of the treatment of hydroxide sludge metal, the process of the invention is advantageously implemented by replacing all or part of the ferrous compounds constituting the agents of nucleation, by slag. In this case, we can have a reaction mixture comprising, expressed as a percentage relative to the weight of the waste to be treated, from 70% ~ 30%
sludge and 30% to 70% slag.
Possibly, a fraction of the slag intervening as nucleating agents promoting the formation of spinels can be replaced by ferrous compounds as described above. So the proportion of ferrous compounds can be about 5 ~ by weight of the mixture to be heated.
The treatment method according to the invention is according to a preferred embodiment, characterized in that the heating stage is carried out under conditions as it allows a) the liquefaction of the magnetite contained in the slag and the release of Fe2O3 oxides, and b) the reduction of the Fe2O3 oxide formed, into FeO oxide by addition of agents such as iron.
Advantageously, the temperature of the mixture heat treatment is increased to approximately at least 1450C preferably up to around 1500-C. This temperature can be adjusted according to the quantity of waste to be treated and its initial composition.
In a preferred embodiment of the invention, ferrous compounds used as nucleating agents are iron.
In another embodiment of the invention, these ferrous compounds are iron filings, preferably in a proportion greater than 0.5% by weight of the mixture to be treated by heating and ~ WO9 ~ / 13116 ~ PCT ~ 4/01322 ~ 6 ~ ia particularly preferred, in a proportion of about 1 ~ by weight of the mixture to be treated.
For example, the waste to be treated according to the process of the invention mainly contain the following oxides in a given proportion as a percentage based on the total weight of the waste:
slag sludge SiO2 26.25 ~ 45.65 1.4 - 2.7 Al2O3 7.43 - 17.98 1 - 3 Fe2O3 14.53 - 34.92 3 - 15 MnO 0.54 - 1.88 0.05 - 0.2 MgO 1.64 - 2.86 0.5 - 1 CaO 6.41 - 10.16 20 - 32 Na2O 2.66 - 10.82 1.5 - 4 K2O 0.56 - 1.61 0.2 - 0.3 Tio2 3.66 - 7.69 0.01 - 0.1 P2O5 0.96 - 2.54 5 - 18 CO2 0.33 - 4.32 5 - 11 S total 0.03 - 2.53 4 - 14 Carrying out the process of the invention can be facilitated when the waste to be treated, whether slag or sludge, are previously mixed with homogeneously with the nucleating agents and in especially with ferrous compounds.
In the case of slag, homogenization can be made from slag having a particle size less than 10 mm or less, preferably less than 2 mm.
Quite interestingly, homogenization could be improved by a porphyrization step of the mixture to be treated for example so as to obtain a particle size less than 10 ~ m.
Other advantages and characteristics of the invention appear in the figures and in the following examples.

W095 / 13116 ~ ~ 17611 ~ PCTn ~ 4101322 Figure 1: 8tructure of a direct spinel of formula Figure 2: Feldspar balance diagram plagioclases Figure 3: Stability diagram of Fe - Fe203 in log function P2 EXAMPLES
I. Slag treatment Il Compositi.on de ~ clinkers A ~ Chemical composition Slag results from the incineration of waste organic They mainly contain non-combustible mineral matter combined under multiple oxidized forms. Depending on the waste incinerated, the contents of oxides and chemical elements vary in the proportions given in table 1 below.

Variation of contents Major elements Oxides Content t%) 8io2 26.25 - 45.65 A1203 7.43 - 17.98 Fe203 14.53 - 34.92 MnO 0.54 - 1.88 MgO 1.64 - 2.86 CaO 6.41 - 10.16 Na20 2.66 - 10.82 K20 0.56 - 1.61 TiO2 3.66 - 7.69 ~ woss / 13116 PCTn ~ 4/01322 ~ 1 ~ 6tl8 P205 0.96 - 2.54 C02 0.33 - 4.32 S total 0.03 - 2.53 Elements traceQ

Content Elements ~ ppm) B ~ 8800 - 11500 Be 1.79 - 4 Co 1449 - 13000 Cr 6716 - 16800 Cu 5 7000 Ga 19 - 39 Num 49 - 235 Ni 399 - 10200 Rb 14 - 51 8c 8.6 - 12.8 8r 276 - 1135 Th 5.1 - 12 Y 5.1 - 24 Zn 600 - 6300 zr 208 - 3350 Pb 142 - 1215 C ~ 0.6 - 1.7 8n 24 - 177 Ace 7.5 - 42 Hg 0.02 - 0.12 PF 1010 C ~ -3.76) - 1.47 Table 1: Limit contents of slag WO95 / 13116 pcTn ~ 4lol322 ~

2~ 12 Par suite des valeurs limites des teneurs de certains métaux lourds, cette étude ne se préoccupera que des métaux de transition qui, dans le cas où ils se solubiliseraient entièrement, devraient faire l'objet d'un traitement spécifique : Cr, Cu, Ni, Pb et Zn B. Composition structurale Si le verre est la phase majoritairement présente, 2/3 du volume, la magnétite (Fe11O-Fel112O3) est la forme cristallisée la plus répandue et au stade d'évolution le plus avancé (taille = l0 à 20 ~m). Elle coexiste avec d'autres espèces minérales importantes comme l'hématite ( Fe2O3 ), la lépidocrocite ( FeO.OH), le quartz (SiO2) et des feldspath calciques CaAl2Si2O8 ou sodiques NaAlSi3O8.

L'avantage de la présence de la magnétite, spinelle ferrifère, est de lui permettre des substitutions à
l'intérieur de son réseau cristallin. Les métaux de transitions peuvent se substituer au fer dans ses degrés d'oxydation divers ( II et III ) sans qu'il y ait modification de la structure et de sa stabilité. C'est pourquoi les études de répartition des éléments dans les mâchefers, nous ont renseignés sur leurs coefficients de répartition:
- Le chrome et le nickel sont localisés dans le réseau de Fe3O4 en substitution soit de Fe11 et/ou de Felll .
- Le zinc et le cuivre se partagent entre le verre et la magnétite en proportion inégales et variables selon les échantillons.

- Le plomb est non détecté dans les spinelles. Son absence s'explique pour des raisons stériques.

~ WO95/13116 PCTn~94/01322 ~ 2 ~ 1 8 - Les autres metaux sont difficilement décelables par suite de leur faible teneur et ne representent de plus qu'un risque modéré.

I.2. Traite~ent thermique A. But Le concept de base consiste a réduire la fraction vitreuse instable et de séquestrer les métaux polluants en les insérant dans des réseaux cristallins en présence ou à synthétiser. Il s'agit de recréer un véritable matériau naturel à partir d'un déchet en modifiant très peu son chimisme II.a) Instabilite de la phase vitreuse des scories Les t~hn;ques de vitrification sont déjà utilisées dans la stabilisation de dechets, surtout radioactifs. Il s'agit de verres spéciaux de tres grande qualité que l'on ne retrouve pas dans les mâchefers issus des incinérateurs industriels. En effet, les observations au microscope ont révelé une intense microfracturation du verre n'affectant que très peu les phases cristallisées.
Son origine est à retrouver dans l'élaboration du mâchefer. A la sortie des fours d'incinération, la matière en fusion, subit une trempe hydraulique. Les contraintes développées par ce choc thermique suffisent pour développer une fracturation intense fragilisant de ce fait la matière. Par ailleurs, le verre aboutit a un gel alumino-siliceux provoqué par le départ de métaux de transition dans une solution acide complexante. Ce gel, par opposition au verre, a la propriété mécanique de se dilater ou de se contracter en phase ambiante, occupant le volume qui lui est offert. Au cours d'une lixiviation, il y a extraction d'atomes de la phase vitreuse qui induit une réduction du volume spécifique. Ceci est observable par une décoloration de cette phase, liée au woss/l3ll6 PCT~94/01322 ~
2 ~

départ des métaux de transition. C'est pourquoi 1'attague acide provoque une intense corrosion du verre solubilisant certains métaux qui y étaient initialement fixés : fer, cuivre, plomb et très peu de nickel et de chrome.
II.b) 8tabilite de la pha~e cristallisée des scories Le phénomène décrit précédemment n'est pas décelé
dans les phases cristallisées ~ui conservent leur ch;mi~me après lixiviation. Aucune figure d'attaque n'a pu être décelée sur les phases cristallisées, dans les mêmes conditions de lixiviation que pour le verre, concluant à une stabilité notable de ces édifices cristallins même par des méthodes optiques très sensibles comme le contraste interférentiel différentiel.
B) PRlN~l~
Les résidus d'incinération des déchets industriels sont généralement riches en fer. Lors de la montée en température des déchets dans l'incinérateur le fer, thermodynamiquement instable sous la pression partielle en oxygène régnante à des températures inférieures à lS00 C, est ox~dé en magnétite Fe3O4 (Fe11Fe111O4) ~ui cristallise dans le système cubique.
Cette substance appartient à la vaste famille des spinelles dont la formule structurale générale est :

AII~32IIIX4 ' X= O, ~, ...
avec ~1) AII = Mg, (Fe) ~Cr, M~, Ca, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, ~Hg), ~n]
(2) BIII = Al 1 Ga, In, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh ]
La figure l illustre la structure de spinelle normal.

~ woss/13116 PCT~/01322 ` ~ 2 ~ 1 8 Les scories issues de llincinérateur sont généralement riches en magnétite. Ce minéral piège effectivement les éléments entre crochets de la ligne (l) en substitution du Fe11 et ceux de la ligne (2) en substitution du Fe11l. Ces métaux nocifs sont alors immobilisés de manière durable dans le réseau de le magnétite.
L'idée la plus immédiate est dès lors d'augmenter la teneur en magnétite de la scorie afin d'accentuer ce phénomène de piégeage. Il faut donc la refondre et la refroidir très lentement. Les essais dans ce sens ont démontré que l'on pouvait augmenter la teneur en magnétite de la scorie de façon spectaculaire. Mais la proportion de verre reste importante; ceci tient à ce que certains oxydes élémentaires ou associés (polymères) du bain alumino-silicaté ou "melt" ~'enrichissent dans le bain résiduel, au terme de la cristallisation de la magnétite, et en augmentent notablement la viscosité. Il s'agit notamment de Al2O3, MgO et TiO2. La cristallisation est dès lors ralentie voire inhibée; la nucléation et la diffusion étant devenues inopérantes.
L'originalité du procédé proposé dans la présente demande consiste précisément à empêcher la magnétite de se former en forçant le bain alumino-silicaté à
cristalliser des spinelles riches en Al2O3, MgO et Tio2 de manière à prévenir l'augmentation de la viscosité du "melt résiduel" ~ui empêcherait sa cristallisation totale en des durées raisonnables. Les spinelles ainsi formés continuent à accueillir les métaux lourds nocifs entre crochets des lignes (l) et (2). Le Pb2' a un rayon ioni~ue très supérieur (l,29 A) à celui des métaux de transition - compris entre 0,4 et 0,8 A. Il ne peut donc être accueilli par ces spinelles. Il est inseré dans les sites cristallochimiques beaucoup plus volumineux que ménage la structure des feldspaths plagioclases. Ceux-ci W09S/13116 PCT~R94/01322 sont intermédiaires des pôles de la solution solide NaAlSi308 (albite) - CaAl2Si208 (anorthite) que represente la figure 2.
Par fusion d'une scorie constituée de verre et de cristaux de magnétite on produit un liquide constitué de molécules d'oxydes élémentaires tels que MgO, CaO, A1203, sio2, FeO, Fe203 et Tio2. Ces molécules vont s'associer à
des degrés divers pour former des agrégats dont la stabilité dépend de l'importance des moments dipolaires permanents des différents constituants.
La magnétite pure fond congruement à 1590 D C SOUS
une pression totale de 1 atmosphère selon :
Magnétite = FeOtL)~ Fe203 ~L) Les oxydes élémentaires FeO et Fe203 sont liquides à
la température de fusion de la magnétite pure puisque les changements de phase ~ ustite <--~ FeO (L) et Hématite <--> Fe203 ~L) apparaissent respectivement à 1369 C et 1565 C. Le bain silicaté dissout donc du monoxyde et du sesquioxyde de fer.
R~ ;re Fe203 en FeO au moyen d'un additif approprié a pour effet :
- d'accroitre la fluidité du "melt" par augmentation de l'activité en FeO du systeme, - d'empêcher de formation ultérieure de magnétite par destruction d'un constituant indispensable (Fe203) à sa formation .

~ WO9S/13116 PCT~4/01322 ~ ~7~118 Dans ce but, on incorpore du Fe métal (Fe) qui dans les conditions règnantes (T=1550 C) est instable et réagit avec Fe2O3 :
Fe' (L) + Fe2O3 (~ 3 FeO (L) Le diagramme de stabilité de Fe - Fe2O3 en fonction de la pression en oxygène est donné par la figure 3.
Dans le "melt", les oxydes majeurs formateurs de spinelles susceptibles dlaccueillir les métaux nocifs "spinellisables" sont désormais : Al2O3, Tio2 FeO et MgO.
le refroidissement du "melt" conduit, compte tenu du rapport Al2O3/TiO2, à la cristallisation de la hercynite (figure 4), qui piege les métaux de transition du bain très fluide, puis d~ulvospinelle TiFe2O4 dès que la température de l'eutectique est atteinte (TeU = 1355 C , Cheney et Muan , 1972). A ce stade du refroidissement l'essentiel des métaux nocifs a été
immobilisé dans les spinelles.
La cristallisation totale du bain se produit entre 1205 C, (température de fusion de la fayalite pure :
Fe2SiO4) et 1118 C (température de fusion du plagioclase sodique NaAlSi3O8) Il s'agit d'une association étroite de cristaux aciculaires de fayalitesOlsO~ et de plagioclases (60 % d'anorthite) fibreux enrichis en Pb.
En effet à partir de ces resultats analytiques, on est placé devant une alternative :
ou optimiser la croiss~nce de la magnétite dans la qangue vitreuse Le réseau de la magnétite a la possibilité
d'accueillir p.~us de lS % d'éléments en substitution du F~ll et Fe~ll , et joue ainsi le rôle d'une "éponge cristalline"; il est judicieux de poursuivre la WO95/13116 PCT~R94/01322 e i ~7~
.
~ 18 croissance des germes déjà présents. C'est pourquoi si l'on réchauffe les scories au delà de leur température de fusion avec des ajouts de composés ferreux et par un refroidissement lent de la phase fondue, on alimente et augmente de ce fait considérablement la taille des cristaux (100 ~m). Le verre résiduel est considérablement réduit et épuré de ces métaux.
ou recristalliser totalement la scorie par la synthèse de nouveaux motif~ structuraux.
Lorque l'on porte le mélange scorie/ajout à de plus hautes températures (1500C), on obtient après refroidissemellt un matériau entierement cristallisé. A ce stade on atteint la formation de nouveaux minéraux (spinelles complexes, feldspaths et olivine) qui lui confèrent l'innocuité d'une roche naturelle, les métaux étant alors tous fortement immobilisés.
C. ~anipulation Pour procéder aux substitutions élémentaires des métaux de la phase vitreuse vers les phases cristallisées, il faut refondre puis refroidir la scorie en ma~trisant les processus de germination et de recristallisation. C'est pourquoi les études structurales et les teneurs définissent les conditions opératoires suivantes.
a) Préparation des échantillons Les essais réalisés en laboratoire sont effectuées à
partir de scories brutes, échantillonnées à la sortie des fours d'incinération. Apres 24 heures de sèchage à 70OC, le mâchefer est concassé puis broyé à sec pour atteindre une granulomètrie < 2 mm. Après quartage d'un échantillon de lkg, on ajoute 1% en masse de limaille de fer de qualité extra pure MERK article 3819 (cf tableau 2).

~ WO95/13116 ~ . PCT~R94/01322 e ~176118 L'homogénéisation est faite dans un récipient fermé
et agité manuellement. Même si une relation entre la granulomètrie maximum acceptable et l'efficacité du procédé n'a pu être encore démontrée, nous estimons que le broyage a 2 mm produit suffisament de fines pour avoir une homogéneisation correcte des solides; c'est à dire une distribution spatiale aléatoire des grains de mâchefers et de limaille de fer. La porphyrisation de l'ensemble après mélange (broyage<lOmm) améliorerait sans doute l'homogénéité. Mais les essais opérés sur les 2 granulomètries aboutissent aux mêmes résultats.

ELEMENTS TENEURS (%) Fe 99,5 insol. (H2S04) 0,1 Pb 0,002 Cu 0,002 Mn 0,002 Zn 0,002 As 0,0002 N 0,001 S 0,002 TOTAL 99,6112 Tableau 2 : Composition de la limaille de fer MERCR (art 3819) b) Conditions de chauffage Elles s'inspirent de la fabrication des vitrocéramiques. Celles-ci sont préparées par recristallisation de matériaux tout ou partie amorphe.
Cette élaboration nécessite d'abord la synthèse d'un WO95113116 ~ PCT~/01322 ~
2t 76118 verre à haute température (1500C-1600C). Le liquide obtenu est maintenu à 1500C pendant une heure. Le refroidissement est alors programmé et la température s'abaisse de l à 5 C/mn.
c) Mode opératoire Les expérimentations en laboratoire sont accomplies à partir du mélange scorie/limaille. On place l0 grammes de la formulation décrite précédemment dans un creuset cylindrique en alumine (pure à 99,7%) frittée de 20 mm de diamètre et 30 mm de hauteur. Le creuset est alors introduit au centre d'un four tubulaire horizontal CARBOLITE STF 16/75. On dispose 2 boucliers thermiques à
l'intérieur par les 2 orifices du tube cylindrique en alumine permettant de limiter au mieux les pertes thermiques en son centre. Enfin, on clos la tubulure à
l'aide de 2 bouchons en inox.
Le régulateur/programmateur permet de fixer les profils de chauffage et de refroidissement. Le temps nécessaire pour atteindre 1500~C à partir de la température ambiante est fonction de la puissance ~;m~l e de chauffe que peut développer le four. Elle augmente avec le vieillissement des résistances chauffantes. Elle s'exécute en 4 heures et 30 mn environ.
La durée du refroidissement varie selon la vitesse programmée.

III. Résultat~

IV. Comportement thermique IV.l.l. Analy~es thermiques différentielles L'analyse thermique différentielle a permis d'identifier le comportement réactionnel du mélange scorie~limaille lors de son échauffement. Deux domaines réactionnels, sièges de flux exo- et endothermiques, sont _ WO95/13116 - PCT~R94/01322 -- 217611~

decelables à 1'intérieur d'intervalles de températures distincts:

-1- Entre 800~C à 970 C, le flux est exothermique. Il traduit l'énergie dégagée par une réaction dans l'état solide : oxydation de la magnétite en hématite.
-2- Entre 1020-C et 1350-C, le flux mesuré est endothermique. Il correspond à l'énergie à apporter pour permettre la fusion de la scorie.

La meme analyse a été effectuée sur la scorie brute et ne présente guère de différence avec les valeurs citées précédemment. A savoir, un intervalle de 780C à
990C pour le premier flux, un intervalle de 1020C à
1350C pour le second pic.

IV.1.2. Enthalpies d'échauffement Les enthalpies d'échauffements, par gramme de produit, ont été déterminées à l'aide d'un calorimètre de la température ambiante aux températures précédant et suivant la fusion. Elles sont reportées dans le tableau
2 ~ 12 Due to the limit values of the contents of some heavy metals, this study will only be concerned transition metals which, if they are would completely dissolve, should be subject to specific treatment: Cr, Cu, Ni, Pb and Zn B. Structural composition If glass is the predominantly present phase, 2/3 of the volume, magnetite (Fe11O-Fel112O3) is the form most widespread crystallized and in the evolutionary stage the more advanced (size = 10 to 20 ~ m). She coexists with other important mineral species like hematite ( Fe2O3), lepidocrocite (FeO.OH), quartz (SiO2) and CaAl2Si2O8 calcium or NaAlSi3O8 sodium feldspar.

The advantage of the presence of magnetite, spinel iron, is to allow it substitutions to inside its crystal lattice. The metals of transitions can replace iron in its degrees of various oxidation (II and III) without there being modification of the structure and its stability. This is why element distribution studies in bottom ash, informed us about their coefficients of division:
- Chromium and nickel are located in the network of Fe3O4 in substitution for either Fe11 and / or Felll.
- Zinc and copper are shared between the glass and magnetite in unequal and variable proportions according to the samples.

- Lead is not detected in spinels. His absence is explained for steric reasons.

~ WO95 / 13116 PCTn ~ 94/01322 ~ 2 ~ 1 8 - The other metals are difficult to detect due to their low content and do not represent more than a moderate risk.

I.2. Heat treatment A. Purpose The basic concept is to reduce the fraction unstable glassy and sequester polluting metals by inserting them into crystalline networks in the presence or to synthesize. It's about recreating a real natural material from a waste by modifying very little his chemism II.a) Instability of the glassy slag phase The vitrification t ~ hn; are already used in the stabilization of waste, especially radioactive. he these are very high quality special glasses that not found in clinkers from industrial incinerators. Indeed, observations at microscope revealed intense microfracturing of the glass having very little effect on the crystallized phases.
Its origin is to be found in the development of the clinker. At the end of the incineration ovens, the molten material, undergoes hydraulic quenching. The stresses developed by this thermal shock are sufficient to develop intense fracturing which weakens this makes matter. Furthermore, the glass leads to a alumino-siliceous gel caused by the departure of metals from transition into a complexing acid solution. This gel, as opposed to glass, has the mechanical property of expand or contract in the ambient phase, occupying the volume offered to him. During a leaching, there is extraction of atoms from the glassy phase which induces a reduction in the specific volume. this is observable by a discoloration of this phase, linked to woss / l3ll6 PCT ~ 94/01322 ~
2 ~

departure of transition metals. That’s why the attraction acid causes intense corrosion of the glass solubilizing certain metals which were initially there fixed: iron, copper, lead and very little nickel and chromium.
II.b) 8tabilite pha ~ e crystallized slag The phenomenon described above is not detected in the crystallized phases ~ ui retain their ch; mi ~ me after leaching. No attack figure has could be detected on the crystallized phases, in the same leaching conditions as for glass, concluding to a notable stability of these buildings lenses even by very sensitive optical methods like differential interference contrast.
B) PRlN ~ l ~
Incineration residues from industrial waste are generally rich in iron. During the rise in temperature of the waste in the iron incinerator, thermodynamically unstable under partial pressure in prevailing oxygen at temperatures below lS00 C, is ox ~ die in magnetite Fe3O4 (Fe11Fe111O4) ~ ui crystallizes in the cubic system.
This substance belongs to the large family of spinels whose general structural formula is:

AII ~ 32IIIX4 'X = O, ~, ...
with ~ 1) AII = Mg, (Fe) ~ Cr, M ~, Ca, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, ~ Hg), ~ n]
(2) BIII = Al 1 Ga, In, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh]
Figure l illustrates the spinel structure normal.

~ woss / 13116 PCT ~ / 01322 `~ 2 ~ 1 8 The slag from the incinerator is generally rich in magnetite. This mineral trap actually the elements in square brackets of line (l) to replace Fe11 and those of line (2) in substitution of Fe11l. These harmful metals are then permanently fixed in the network of the magnetite.
The most immediate idea is therefore to increase the magnetite content of the slag in order to accentuate this trapping phenomenon. It must therefore be recast and cool very slowly. Tests in this direction have demonstrated that the content of slag magnetite dramatically. But the proportion of glass remains high; this is because certain elemental or associated oxides (polymers) of alumino-silicate bath or "melt" ~ 'enrich in the residual bath, at the end of the crystallization of the magnetite, and significantly increase its viscosity. he these include Al2O3, MgO and TiO2. Crystallization is therefore slowed down or even inhibited; nucleation and diffusion having become inoperative.
The originality of the process proposed in this demand is precisely to prevent magnetite from form by forcing the alumino-silicate bath to crystallize spinels rich in Al2O3, MgO and Tio2 from to prevent the viscosity from increasing "residual melt" ~ ui would prevent its total crystallization in reasonable durations. The spinels thus formed continue to accommodate harmful heavy metals between square brackets (l) and (2). Pb2 'has a radius ioni ~ ue very superior (l, 29 A) to that of the metals of transition - between 0.4 and 0.8 A. It cannot therefore be greeted by these spinels. It is inserted in the much larger crystallochemical sites than spares the structure of plagioclase feldspars. These W09S / 13116 PCT ~ R94 / 01322 are intermediate poles of the solid solution NaAlSi308 (albite) - CaAl2Si208 (anorthite) that represents Figure 2.
By fusion of a slag made of glass and magnetite crystals a liquid consisting of elementary oxide molecules such as MgO, CaO, A1203, sio2, FeO, Fe203 and Tio2. These molecules will associate with varying degrees to form aggregates whose stability depends on the importance of the dipole moments of the various constituents.
Pure magnetite basically melts at 1590 DC UNDER
a total pressure of 1 atmosphere according to:
Magnetite = FeOtL) ~ Fe203 ~ L) Elemental oxides FeO and Fe203 are liquid at the melting temperature of pure magnetite since the phase changes ~ ustite <- ~ FeO (L) and Hematite <--> Fe203 ~ L) appear respectively at 1369 C and 1565 C. The bath silicate therefore dissolves monoxide and sesquioxide iron.
R ~; re Fe203 to FeO by means of an additive suitable for for effect:
- to increase the fluidity of the "melt" by increasing system FeO activity, - to prevent further formation of magnetite by destruction of an essential constituent (Fe203) to its formation.

~ WO9S / 13116 PCT ~ 4/01322 ~ ~ 7 ~ 118 For this purpose, Fe metal (Fe) is incorporated which in the prevailing conditions (T = 1550 C) is unstable and reacts with Fe2O3:
Fe '(L) + Fe2O3 (~ 3 FeO (L) The stability diagram of Fe - Fe2O3 as a function of the oxygen pressure is given by figure 3.
In the "melt", the major oxides forming spinels capable of hosting harmful metals "spinellisables" are now: Al2O3, Tio2 FeO and MgO.
cooling of the "melt" pipe, taking into account of the Al2O3 / TiO2 ratio, to the crystallization of the hercynite (Figure 4), which traps transition metals very fluid bath, then ulvospinelle TiFe2O4 as soon as the eutectic temperature is reached (TeU = 1355 C, Cheney and Muan, 1972). At this stage of cooling most of the harmful metals has been immobilized in spinels.
The total crystallization of the bath occurs between 1205 C, (melting temperature of pure fayalite:
Fe2SiO4) and 1118 C (melting temperature of plagioclase NaAlSi3O8) This is a close association of acicular crystals of fayalitesOlsO ~ and plagioclases (60% anorthite) fibrous enriched in Pb.
Indeed from these analytical results, we is placed before an alternative:
or optimize the growth of magnetite in the glassy shank The magnetite network has the possibility to receive more than lS% of elements to replace the F ~ ll and Fe ~ ll, and thus plays the role of a "sponge crystal clear "; it’s a good idea to continue WO95 / 13116 PCT ~ R94 / 01322 e i ~ 7 ~
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~ 18 growth of germs already present. That’s why if the slag is heated above their temperature of fusion with additions of ferrous compounds and by a slow cooling of the molten phase, supply and thereby considerably increasing the size of the crystals (100 ~ m). The residual glass is considerably reduced and purified of these metals.
or completely recrystallize the slag by the synthesis of new structural patterns.
When wearing the slag / addition mixture to more high temperatures (1500C), we obtain after cools a fully crystallized material. At this stage we reach the formation of new minerals (complex spinels, feldspars and olivine) which confer the safety of a natural rock, metals being then all strongly immobilized.
C. ~ anipulation To make basic substitutions of metals from the glassy phase to the phases crystallized, the slag must be remelted and then cooled by mastering the processes of germination and recrystallization. This is why structural studies and the contents define the operating conditions following.
a) Preparation of samples Laboratory tests are carried out at from raw slag, sampled at the outlet of incineration ovens. After 24 hours of drying at 70OC, the clinker is crushed and then dry ground to reach a particle size <2 mm. After quartering of a sample of 1 kg, 1% by mass of iron filings of MERK extra pure quality article 3819 (see table 2).

~ WO95 / 13116 ~. PCT ~ R94 / 01322 e ~ 176118 Homogenization is done in a closed container and stirred manually. Even if a relationship between the maximum acceptable particle size and efficiency of process has not yet been demonstrated, we believe that grinding to 2 mm produces enough fines to have correct homogenization of solids; that is to say a random spatial distribution of the grains of clinkers and iron filings. The porphyrization of the whole after mixing (grinding <10 mm) would improve without doubts homogeneity. But the tests carried out on the 2 particle sizes lead to the same results.

CONTENT ELEMENTS (%) Fe 99.5 insol. (H2S04) 0.1 Pb 0.002 Cu 0.002 Mn 0.002 Zn 0.002 As 0.0002 N 0.001 S 0.002 TOTAL 99.6112 Table 2: Composition of MERCR iron filings (art 3819) b) Heating conditions They are inspired by the manufacture of vitroceramics. These are prepared by recrystallization of all or part of an amorphous material.
This elaboration first requires the synthesis of a WO95113116 ~ PCT ~ / 01322 ~
2t 76118 high temperature glass (1500C-1600C). The liquid obtained is maintained at 1500C for one hour. The cooling is then programmed and the temperature drops from 1 to 5 C / min.
c) Procedure Laboratory experiments are completed from the slag / filings mixture. We place 10 grams of the formulation described above in a crucible cylindrical alumina (99.7% pure) sintered 20 mm diameter and 30 mm in height. The crucible is then inserted in the center of a horizontal tubular oven CARBOLITE STF 16/75. There are 2 heat shields at inside by the 2 holes of the cylindrical tube in alumina to minimize losses thermal in its center. Finally, the tubing is closed at using 2 stainless steel plugs.
The regulator / programmer allows to fix the heating and cooling profiles. Time necessary to reach 1500 ~ C from ambient temperature is a function of the power ~; m ~ the heating that can develop the oven. She increases with aging of resistances heated. It takes approximately 4 hours and 30 minutes to complete.
Cooling time varies with speed programmed.

III. Result ~

IV. Thermal behavior IV.ll Differential thermal analyzes Differential thermal analysis allowed identify the reaction behavior of the mixture slag ~ filings during its heating. Two areas reaction, exothermic and endothermic flow seats, are _ WO95 / 13116 - PCT ~ R94 / 01322 - 217611 ~

detectable within temperature ranges distinct:

-1- Between 800 ~ C to 970 C, the flow is exothermic. he translates the energy released by a reaction in the state solid: oxidation of magnetite to hematite.
-2- Between 1020-C and 1350-C, the measured flux is endothermic. It corresponds to the energy to bring for allow the slag to merge.

The same analysis was carried out on the raw slag and hardly differs from the values cited above. Namely, an interval of 780C to 990C for the first flow, an interval of 1020C at 1350C for the second peak.

IV.1.2. Warm-up enthalpies The warm-up enthalpies, per gram of product, were determined using a calorimeter room temperature at temperatures before and following the merger. They are shown in the table

3.
TEMPERATURESENERGIE ENERGIE
(Joules/g) (KWh/t) SCORIE Brute Q avant fusion de 23C à 1010C 564 156,67 Q après fusion de 24C à 1390-C1468 407,78 Q de fusion de 1010-C à 1390C900 250 SCORIE+1% ajout Q avant fusion de 23C à 1010C 500 138,89 Q après fusion de 24C à 1390C1334 370,56 Q de fusion de 1010C à 1390C834 231,67 Tableau 3 : Enthalpies d'échauffement des scories en fonction de la température Ces mesures enthalpiques nous permetten~ d'apprécier les quantités d'énergies à fournir pour trsnsformer la -WO95/13116 PCT~R~4/01322 -scorie et surtout le gain énergétique qu'apporte la limaille de fer lorsqu'elle est incorporée au milieu.
V.2. ES8AI~
Des traitements thermiques ont été effectués sur 4 types de scories de compositions chimiques différentes, STL 2, STL 3, STL 6 et STL 8, mélangées avec 1% de limaille de fer ( MERCK article 3819 ). Pour chaque classe de mâchefer, on porte un échantillon scorie/limaille, selon le mode opératoire décrit, à 1500 C, à 1400 C et à 1300 C, en plus, pour le mélange STL
8/l~ limaille de fer.
L'analyse de diffraction des rayons X avant et après traitement thermique confirme qu'au delà de 1500 C, la magnétite a disparu pour laisser place à la hercynite FeAl204 et à l'ulvite (ou ulvospinelle) Fe2TiO4.
Enfin, pour vérifier la stabilité des produits synthétisés, on effectue, sur les échantillons bruts et sur les produits refondus, le test de lixiviation normalisé NFX 31.210. Cette norme expérimentale applique une méthode permettant l'obtention, dans des conditions particulières, de la fraction solubilisée d'un échantillon de déchet dans des conditions aqueuses se prêtant à des caractéristiques analytiques. Elle s'applique à des déchets prélevés à l'état solide ou plastique, et demeurant dans cet état, quel que soit le degré de division de la matière. Les résultats de la caractérisation du lixiviat permettent, par comparaison avec les seuil d'acceptabilité en décharge, d'apprécier le niveau de stabilité du déchet et de sa destination finale, en particulier, sa mise en décharge. Celle-ci peut comporter des risques potentiels qui résident principalement dans l'entrainement par les eaux, d'éléments polluants contenus dans le déchet.

~ WO95/13116 21 7 61 L8 PCT/FR94/01322 Le test est accompli sur le déchet broyé à 4 mm. On prélève, par quartage, 100 g de résidu que llon dispose dans un flacon de 2 litres et que l'on met en contact avec 1 litre de solution lixiviante. Elle est préparée a partir d'eau déminéralisée, saturée par du gaz C02 qui est strippé par un barbotage d'air. On agite pendant 16 heures le flacon a l'aide d'un agitateur a plateau permettant la mise en mouvement alternatif linéaire. Au terme de l'opéra~ion le matériau résiduel et la solution sont séparés. Le lixiviat est alors disponible pour la réalisation d'analyses~ Le matériau résiduel sera soumis à 2 autres opérations de lixiviations successives qui aboutiront à la production de lixiviats qui seront eux aussi analysés.
V.2.1. E~sais sur l~échantillon STL 2 * Composition chimique de l'échantillon brut ECHANTI~LON 8TL 2 Eléments majeurs Eléments traces Oxydes Teneurs (%) Eléments Teneurs (ppm) SiO2 38,89 Ba 9600 AL203 14,30 Be 1,79 Fe203 19,61 Co 2240 MnO 0,89 Cr 7400 MgO 1,64 Cu 3900 CaO 10,16 Ga 19 Na20 3,72 Nb 60 K20 0,94 Ni 2643 Tio2 5,99 Rb 29 P205 1,16 Sc 8,6 C02 1,90 Sr 394 S total 0,87 Th 7 Zn 1700 Zr 525 Pb 425 Cd 1,7 Sn 54 WO95tl3116 ~ PCT~R94/01322 -As 21 Hg 0,02 Majeurs (~) 99,95 Traces(ppm) 29391 Composition (%) 102,89 * Caractérisation structurale de l'échantillon brut L'échantillon STL 2 brut est composé majoritairement de :
- 20 % de quartz 8io2 - 20 % de magnétite Fe3O4 - 10 % d'augite (Mg, Fe, Ca).(Si, Al)03 - ~ de feldspath (Na, Ca).(Al, Si)3O8 Le restant, soit 50% environ, est constitué par la phase amorphe. La composition chimique de cette phase vitreuse a pu etre estimée à l'aide d'analyse spectroscopique ponctuelle ( Microsonde électronique de Castaing) soit :
- 17 à 1~ % de i - 6 à 6,5 % de Al - 11 à 12 % de Fe - 3 à 3,5 % de Na - 11 à 11,5 % de Ca - 2 à 2,5% de Ti - de l'ordre de 1% pour R, Mg,Mn et P
dont * Caractérisation structurale de l'échantillon refondu a 1500 C : Il est entièrement cristallisé et est composé
de 3 phases - la hercynite Fe A12O4 - l'ulvite, ou l'ulvospinelle, Fe2TiO4 - un plagioclase ~ WO 95/13116 ~17 6118 PCT/I;R94/01322 , à 1~00 C : Le matériau n'est pas entièrement cristallisé. il reste encore approximativement 40 % de phase vitreuse.
- augmentation du pourcentage de magnétite Fe304 - apparition de cristaux d'ilménite FeTiO3 - la fayalite Fe28iO4 - feldspath ~Na, Ca).(Al, 8i)30g WO95/13116 s PCT/FR94/01322 e 217~

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~ 5 ~ L~ 29 * Tests de lixiviation Si l'on compare les résultats des test de lixiviation des produits refondus à 1500 C, à 1400 C
avec ceux de l'échantillon brut, on remarque :
- Le cuivre e~ le nickel mobilisables pour l'~chantillon brut se trouvent stabilisés dans les produits refondus surtout à 1500 C où ils ne sont mêmes pas détectés dans les lixiviats.
- L' arsenic n'est plus détectable pour les produits refondus - Les concentrations en chlorures et en sulfates chutent aussi brutalement pour devenir nulles ou pratiquement nulles dans STL2-1500-C.

V.2.2. Essai~ sur l~échantillon STL 3 * Composition chimique de l'échantillon brut ECHANTILLON Sl'L 3 Elément~ majeur~ Eléments traceQ
Oxydes Teneurs (%) Eléments Teneurs (ppm) sio2 24,71 Ba 8800 Al203 17,98 Be 2,2 Fe203 27,97 Co 4505 MnO 0,65 Cr 12900 MgO 2,37 Cu 3400 CaO 9,80 Ga 52 Na20 3,11 Nb 117 K20 0,69 Ni 3300 Tio2 7,69 Rb 17 P205 1,37 Sc 10,8 C02 0,58 Sr 1135 S total 0,9 Th 5 Zn 600 Zr 520 Pb 142 ~ WO 95/13116 PCT/FR94/ûl322 ~761~8 Cd o,g Sn 47 As 42 Hg 0,02 P.F 1010C -3,03 Majeurs 94,79 Traces(ppm) 35981 Composition (%) 98,39 * Caractérisation structurale de l'échantillon brut L'échantillon STL 3 brut est composé majoritairement de :
- 35 % de magnétite Fe304 - 13 % d'augite (Ng, Fe, Ca).~Si, Al)03 Le restant, soit 52% environ, est constitué par la phase amorphe. La composition chimique de cette phase vitreuse a pu être estimée à l'aide d'analyse spectroscopique ponctuelle ( Microsonde electronique de Castaing) soit :
- 21 à 22 ~ de Bi - 5 à 5,5 % de Al - 7,5 à 8 % de Fe - 4 à 5 % de Na - 8,5 à 9 % de Ca - 2 à 2,5 % de Ti - de l'ordre de 0,5 % à 1% pour R, Mg , Mn et P
dont * Caractérisation structurale de l'échantillon refondu à 1500 C : Il est entièrement cristallisé et est composé
de 4 phases - la hercynite Fe Al2O4 - l'ulvite, ou l'ulvospinelle, Fe2TiO4 - la fayalite Fe2æiO4 WO9S/13116 ~ f PCT~W4/01322 -~176~i8 - un plagioclase ` 1400 C : Le matériau n'est pas entièrement cristallisé. il reste encore approximativement 40 à 50 %
de phase vitreuse.
- augmentation du pourcentage de magnétite Fe3O4 - apparition de cristaux d'ilménite FeTiO3 et de pseudo-brookite Fe2TiO5 - un plagioclase à 50% d'anorthite ~ WO95113116 32 /?~17 6 ~L PCT/FR94/01322 . ~

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* Tests de lixiviation Si l'on compare les résultats des test de lixiviation des produits refondus à 1500 C, à 1400 C
avec ceux de l'échantillon brut, on remarque :
- Le cuivre, le nickel et le zinc mobilisables pour l'échantillon brut se trouvent stabilisés dans les produits refondus surtout à 1500 C où ils ne sont mêmes pas détectés dans les lixiviats.

- L'arsenic n'est plus détectable dans les lixiviats des produits refondus - les fractions solubles des produits refondus sont de 4 à 20 fois plus faibles que pour l'échantillon brut.

- Les concentrations en chlorures et en sulfates chutent aussi brutalement pour devenir nulles ou pratiguement nulles dans STL3-1500C.
Par ailleurs - le plomb est légèrement déstabilisé dans STL3-1400 C, mais il ne se solubilise que faiblement.
- On a diminué la solubilité du cuivre plus fortement dans STL3-1500DC que dans STL3-1400C

* Composition chimi~ue de l'échantillon brut , W095/13116 PCT~R94/01322 ~
6 1 1 8 ~i i Eléments majeurs Elément~ traces Oxydes Teneurs(%) Eléments Teneurs(ppm) SiO2 45,65 Ba 12000 A1203 10,41 Be 2,29 Fe203 14,53 Co 1449 MnO 0,54 Cr 6716 MgO 2,86 Cu 971 CaO 6,98 Ga 39 Na20 7,41 Nb 49 K20 1,61 Ni 1957 Tio2 3,66 Rb 51 P205 0,96 Sc 12,8 C02 0,50 Sr 386 S total 1,1 Th 12 Zn 2577 Zr 208 Pb 558 Cd Sn 24 As 8,6 Hg 0,05 P.F. lOlO-C 1,47 Majeurs(%) 97,68 Traces(ppm) 27219 Composition (%) 100,40 * Caractérisation structurale de l'échantillon brut L'échantillon STL 6 brut est composé majoritairement de :

- 11 % de quartz 8io2 - 17 % de magnétite Fe304 - 12 % d'augite ~Mg, Fe, Ca).(Si, Al)03 - 3 % d'hématite Fe203 - e de Soufre Le restant, soit 57% environ, est constitué par la phase amorphe. La composition chimique de cette phase ~ WO 9S/13116 PCT/FR94/01322 217~11g 1 ~' . ''' vitreuse a pu etre estimée à l'aide d'analyse spectroscopique ponctuelle ( Microsonde électronique de Castaing) soit :
- 23 à 24 % de 8i - 5,5 à 8 % de Al - 7 à 8 % de Fe - 2 à 2,5 ~ de Na - 6 à 6,5 ~ de Ca - 3 à 3,5% de Ti - de 1'ordre de 1 à 2 % pour K, Mg,Mn et P
dont * Caractérisation structurale de l'échantillon refondu à 1500 C : Il est entierement cristallisé et est composé
de 3 phases - la hercynite Fe A1204 - l'ulvite, ou l'ulvospinelle, Fe2TiO4 - un plagioclase à 1400 C : Le matériau n'est pas entierement cristallisé. il reste encore approximativement 30 ~ de phase vitreuse.
- augmentation du pourcentage de magnétite Fe3O4 - apparition de cristaux d'ilménite - la fayalite Fe2SiO4 - feldspath (Na, Ca).(Al, Si)30g WO 95/13116 PCTIFR9~/01322 ~t 3 8,l l ~`
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FEUILLE OE REMPLAÇEMENT ~REGLE 26~

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3.
ENERGY TEMPERATURES
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Q before merger from 23C to 1010C 564 156.67 Q after merger from 24C to 1390-C1468 407.78 Q of fusion from 1010-C to 1390C900 250 SCORIE + 1% addition Q before merger from 23C to 1010C 500 138.89 Q after merger from 24C to 1390C1334 370.56 Q of fusion from 1010C to 1390C834 231.67 Table 3: Slag heating enthalpies temperature function These enthalpy measures allow us ~ to appreciate the quantities of energy to be supplied to transform the -WO95 / 13116 PCT ~ R ~ 4/01322 -slag and especially the energy gain brought by iron filings when incorporated in the middle.
V.2. ES8AI ~
Heat treatments were carried out on 4 types of slag with different chemical compositions, STL 2, STL 3, STL 6 and STL 8, mixed with 1% of iron filings (MERCK article 3819). For each clinker class, we carry a sample slag / filings, according to the procedure described, at 1500 C, at 1400 C and at 1300 C, in addition, for the STL mixture 8 / iron filings.
X-ray diffraction analysis before and after heat treatment confirms that above 1500 C, the magnetite has disappeared to make way for hercynite FeAl204 and ulvitis (or ulvospinella) Fe2TiO4.
Finally, to check the stability of the products synthesized, we carry out, on the raw samples and on the recast products, the leaching test NFX 31.210 standard. This experimental standard applies a method for obtaining, under conditions particular, of the solubilized fraction of a waste sample under aqueous conditions lending to analytical characteristics. She applies to waste taken in solid form or plastic, and remaining in this state, whatever the degree of division of matter. The results of the characterization of leachate allow, by comparison with the acceptability threshold in landfill, to assess the level of stability of the waste and its destination final, in particular, its landfill. This may involve potential risks that reside mainly in water training, of polluting elements contained in the waste.

~ WO95 / 13116 21 7 61 L8 PCT / FR94 / 01322 The test is performed on the waste crushed to 4 mm. We takes, by quartering, 100 g of residue which llon disposes of in a 2 liter bottle and put in contact with 1 liter of leach solution. She is prepared for from demineralized water, saturated with C02 gas which is stripped by an air bubbling. Shake for 16 hours the flask using a tray shaker allowing linear reciprocating. At term of the opera ~ ion the residual material and the solution are separated. The leachate is then available for carrying out analyzes ~ The residual material will be submitted to 2 other successive leaching operations which will result in the production of leachate which will be them also analyzed.
V.2.1. E ~ know on sample STL 2 * Chemical composition of the raw sample SAMPLE ~ LON 8TL 2 Major elements Trace elements Containing Oxides (%) Containing Elements (ppm) SiO2 38.89 Ba 9600 AL203 14.30 Be 1.79 Fe203 19.61 Co 2240 MnO 0.89 Cr 7400 MgO 1.64 Cu 3900 CaO 10.16 Ga 19 Na20 3.72 Nb 60 K20 0.94 Ni 2643 Tio2 5.99 Rb 29 P205 1.16 Sc 8.6 C02 1.90 Sr 394 S total 0.87 Th 7 Zn 1700 Zr 525 Pb 425 CD 1.7 Sn 54 WO95tl3116 ~ PCT ~ R94 / 01322 -Ace 21 Hg 0.02 Major (~) 99.95 Traces (ppm) 29391 Composition (%) 102.89 * Structural characterization of the raw sample The raw STL 2 sample is mainly composed from:
- 20% 8io2 quartz - 20% Fe3O4 magnetite - 10% augite (Mg, Fe, Ca). (Si, Al) 03 - ~ of feldspar (Na, Ca). (Al, Si) 3O8 The rest, about 50%, is made up of amorphous phase. The chemical composition of this phase glassy could be estimated using analysis point spectroscopic (electronic microprobe of Castaing) or:
- 17 to 1 ~% of i - 6 to 6.5% of Al - 11 to 12% Fe - 3 to 3.5% Na - 11 to 11.5% Ca - 2 to 2.5% Ti - of the order of 1% for R, Mg, Mn and P
whose * Structural characterization of the remelted sample a 1500 C: It is fully crystallized and is composed of 3 phases - hercynite Fe A12O4 - ulvitis, or ulvospinella, Fe2TiO4 - a plagioclase ~ WO 95/13116 ~ 17 6118 PCT / I; R94 / 01322 , at 1 ~ 00 C: The material is not entirely crystallized. there are still approximately 40% of glassy phase.
- increase in the percentage of magnetite Fe304 - appearance of ilmenite crystals FeTiO3 - the fayalite Fe28iO4 - feldspar ~ Na, Ca). (Al, 8i) 30g WO95 / 13116 s PCT / FR94 / 01322 e 217 ~

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REPLACEMENT SHEET (RULE 2 ~

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~ 5 ~ L ~ 29 * Leaching tests If we compare the results of the leaching of remelted products at 1500 C, at 1400 C
with those of the raw sample, we notice:
- Copper and nickel can be mobilized for the sample crude are stabilized in the recast products especially at 1500 C where they are not even detected in leachate.
- Arsenic is no longer detectable for products recast - Chloride and sulphate concentrations drop also brutally to become null or practically null in STL2-1500-C.

V.2.2. Test ~ on the STL 3 sample * Chemical composition of the raw sample SAMPLE Sl'L 3 Element ~ major ~ Elements traceQ
Containing Oxides (%) Containing Elements (ppm) sio2 24.71 Ba 8800 Al203 17.98 Be 2.2 Fe203 27.97 Co 4505 MnO 0.65 Cr 12900 MgO 2.37 Cu 3400 CaO 9.80 Ga 52 Na20 3.11 Nb 117 K20 0.69 Ni 3300 TiO2 7.69 Rb 17 P205 1.37 Sc 10.8 C02 0.58 Sr 1135 S total 0.9 Th 5 Zn 600 Zr 520 Pb 142 ~ WO 95/13116 PCT / FR94 / ûl322 ~ 761 ~ 8 Cd o, g Sn 47 As 42 Hg 0.02 PF 1010C -3.03 Major 94.79 Traces (ppm) 35981 Composition (%) 98.39 * Structural characterization of the raw sample The raw STL 3 sample is mainly composed from:
- 35% magnetite Fe304 - 13% augite (Ng, Fe, Ca). ~ Si, Al) 03 The rest, about 52%, is made up of amorphous phase. The chemical composition of this phase glassy could be estimated using analysis point spectroscopic (electron microprobe of Castaing) or:
- 21 to 22 ~ of Bi - 5 to 5.5% of Al - 7.5 to 8% Fe - 4 to 5% Na - 8.5 to 9% Ca - 2 to 2.5% Ti - of the order of 0.5% to 1% for R, Mg, Mn and P
whose * Structural characterization of the remelted sample at 1500 C: It is fully crystallized and is composed of 4 phases - the hercynite Fe Al2O4 - ulvitis, or ulvospinella, Fe2TiO4 - the fayalite Fe2æiO4 WO9S / 13116 ~ f PCT ~ W4 / 01322 -~ 176 ~ i8 - a plagioclase `1400 C: The material is not entirely crystallized. there are still approximately 40 to 50%
glassy phase.
- increase in the percentage of magnetite Fe3O4 - appearance of crystals of ilmenite FeTiO3 and pseudo-brookite Fe2TiO5 - a plagioclase with 50% anorthite ~ WO95113116 32 /? ~ 17 6 ~ L PCT / FR94 / 01322 . ~

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REPLACEMENT SHEET (RULE 2 ~

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* Leaching tests If we compare the results of the leaching of remelted products at 1500 C, at 1400 C
with those of the raw sample, we notice:
- Mobilizable copper, nickel and zinc for the raw sample is stabilized in the products recast especially at 1500 C where they are not not even detected in leachate.

- Arsenic is no longer detectable in leachate recast products - the soluble fractions of the recast products are 4 to 20 times lower than for the sample gross.

- The concentrations of chlorides and sulfates also fall suddenly to become void or practically zero in STL3-1500C.
otherwise - the lead is slightly destabilized in STL3-1400 C, but it dissolves only weakly.
- The solubility of copper has been reduced more strongly in STL3-1500DC than in STL3-1400C

* Chemical composition of the raw sample , W095 / 13116 PCT ~ R94 / 01322 ~
6 1 1 8 ~ ii Major elements Element ~ traces Containing Oxides (%) Containing Elements (ppm) SiO2 45.65 Ba 12000 A1203 10.41 Be 2.29 Fe203 14.53 Co 1449 MnO 0.54 Cr 6716 MgO 2.86 Cu 971 CaO 6.98 Ga 39 Na20 7.41 Nb 49 K20 1.61 Ni 1957 TiO2 3.66 Rb 51 P205 0.96 Sc 12.8 C02 0.50 Sr 386 S total 1.1 Th 12 Zn 2577 Zr 208 Pb 558 CD
Sn 24 As 8.6 Hg 0.05 PF lOlO-C 1.47 Major (%) 97.68 Traces (ppm) 27219 Composition (%) 100.40 * Structural characterization of the raw sample The raw STL 6 sample is mainly composed from:

- 11% 8io2 quartz - 17% magnetite Fe304 - 12% augite ~ Mg, Fe, Ca). (Si, Al) 03 - 3% hematite Fe203 - of Sulfur The rest, about 57%, is made up of amorphous phase. The chemical composition of this phase ~ WO 9S / 13116 PCT / FR94 / 01322 217 ~ 11g 1 ~ '. '''' glassy could be estimated using analysis point spectroscopic (electronic microprobe of Castaing) or:
- 23 to 24% of 8i - 5.5 to 8% of Al - 7 to 8% Fe - 2 to 2.5 ~ Na - 6 to 6.5 ~ Ca - 3 to 3.5% Ti - of the order of 1 to 2% for K, Mg, Mn and P
whose * Structural characterization of the remelted sample at 1500 C: It is fully crystallized and is composed of 3 phases - hercynite Fe A1204 - ulvitis, or ulvospinella, Fe2TiO4 - a plagioclase at 1400 C: The material is not entirely crystallized. there are still approximately 30 ~ of glassy phase.
- increase in the percentage of magnetite Fe3O4 - appearance of ilmenite crystals - the fayalite Fe2SiO4 - feldspar (Na, Ca). (Al, Si) 30g WO 95/13116 PCTIFR9 ~ / 01322 ~ t 3 8, ll ~ `
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SHEET OF R ~ MPLA ~ EMENT (RULE 26) WO95 / 1311

6 PCT~W4/01322 ~
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* Tests de lixiviation Si l'on compare les résultats des test de lixiviation des produits refondus a 1500 C, à 1400 C
avec ceux de l'échantillon brut, on remarque :
-L'arsenic, le chrome, le cuivre, le nickel, le plomb et le zinc mobilisables pour l'échantillon brut se trouvent stabilisés dans les produits refondus surtout à 1500 C où ils ne sont mêmes pas détectés dans les lixiviats.
- les fractions solubles des produits refondus sont de 1 à 8 fois plus faibles que pour l'échantillon brut.
- Les concentrations en chlorures et en sulfates chutent aussi brutalement pour devenir nulles ou pratiquement nulles dans STL6-1500C.
Par ailleurs - le plomb est légèrement insolubilisé dans STL6-1400 C alors qu'il l'est complètement pour STL6-1400 C. Ce phénomène est observable aussi pour le cuivre et pour le plomb.

V.2.4. Essais sur l'échantillon STL 8 * Composition chimique de l'échantillon brut EC~ANTILLON STL 8 Eléments majeur3 Eléments trace~
Oxydes Teneurs(%) Eléments Teneurs(ppm) sio2 26,25 Ba 9347 A1203 10,66 Be 2,2 Fe203 34,92 Co 4256 MnO 0,96 Cr 25000 MgO 2,33 Cu 1839 CaO 7,68 Ga 28 -~ wos5ll3ll6 ~217 6118 Na20 2,66 Nb 85 K20 0,56 Ni 399 TiO2 6,84 Rb 20 P205 2,00 Sc 10,9 C02 0,53 Sr 434 S total 0,03 Th 5 y 16 Zn 955 Zr 3350 Pb 535 Cd Sn 44 As 7,5 Hg 0,05 P.F. 1010 D C
Majeurs(%) 94,31 Traces(ppm) 46544 Composition (%) 98,96 * Caractérisation structurale de l'échantillon brut L'échantillon STL 8 brut est compose majoritairement de :
- 40 % de magnétite Fe304 Le restant, soit 60% environ, est constitué par la phase amorphe. La composition chimique de cette phase vitreuse a pu être estimée à l'aide d'analyse spectroscopique ponctuelle ( Microsonde électronique de Castaing) soit :
- 17 à 17,5 % de ~i - 6 à 6,5 % de Al - 13,5 à 14 % de Fe - 2,5 à 3 % de Na - 8 à 8,5 % de Ca - 4,5 a 5% de Ti - de l'ordre de 1% pour Mg et P
- de 1'ordre de O,5 % pour R et Mn * Caractérisation structurale de l'echantillon refondu WO9S113116 ~1 7~118 PCT~R94/01322 à 1500 C : I]. est entièrement cristallisé et est composé
de 4 phases - la hercynite Fe Al2O4 - l'ulvite, ou l'ulvospinelle, Fe2TiO4 - la fayalite Fe2~iO4 - un plagioclase à l~00 C : Le matériau n'est pas entièrement cristallisé. il reste encore approximativement 30 % de phase vitreuse.
- augmentation du pourcentage de magnétite Fe3O4 - apparition de cristaux d'ilmenite FeTiO3 et de pseudo-brookite Fe2Tio5 - un plagioclase à 50% d'anorthite ~ 217~1i8 Wo 95/13116 ~ PCT/FR94/01322 8 ~D 8 O D ~ b E v v v c~
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FEl~llLLE DE REMPLAC~MENT (REGLE 26) o95/13116 PCTn~4tO1322 * Tests de lixiviation Les tests de lixiviation ont été, pour cet échantillon, effectués sur 3 produit refondus à 1550 'C, à 1400 C et à 1300 C. La comparaison des analyses des lixiviats avec ceux de l'échantillon brut, ne prouve pas qu'il y a une augmentation de l'inertie de la scorie brute après traitement. En effet, l'échantillon brut est stable initialement. Toutefois il faut raccrocher ce fait avec la structure de cette scorie, constituée essentiellement de magnétite.
Toutefois, on diminue la solubilité des chlorures et des sulfates proportionnellement à l'augmentation de la température.

II Traitement thermique des boues d'hydroxydes métalliques Le traitement thermique des boues d'hydroxydes métalliques doit permettre de séquestrer les métaux polluants du déchet en les insérant dans des réseaux cristallins en présence ou à synthétiser.
Le but est d'atteindre, comme dans le cas des scories, la composition et la structure les plus proches d'une roche naturelle stable.
Le procédé consiste à fondre le mélange de boues et d'ajouts de minéraux appropriés pour produire, lors d'un refroidissement lent, une roche artificielle. Lors de cette cristallisation, les métaux de transition migrent de la matière vitreuse en direction des phases en cours de cristallisation.
Le principe est d'utiliser les éléments déjà
présents dans le déchet et d'effectuer les ajouts complémentaires pour orienter la cristallisation complète WOgS/13116 ~ PCT~R94/01322 ~ 49 Une originalité du procédé appliqué aux boues réside dans les additifs qui pourraient être les scories d'incinération.
II.l Caracterisation des boues et du m~lange boues/ cories A. CompoQition chimique:
l. Boues Ce sont des boues minérales hydrophiles, constituées de suspensions aqueuses d'hydroxydes métalliques eux-mêmes formés par précipitation des métaux en solution par de la chaux puis par du sulfure de sodium (Procédé de dépollution d'effluents industriels chargés en métaux).
La composition élémentaire des cinq échantillons de boues d'hydroxydes prélevés quotidiennement sur le site est représentée dans le tableau II.l ci-après :

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FEUtLLE ûE RE~llPLACE~AENT ~REGLE 26) ~ 217~118 woss/13116 PCT~R94/01322 Les cinq échantillons présentent une certaine constance pour les teneurs des éléments majeurs, principalement du calcium et du phosphore. Quelques variations sont à noter au niveau du sodium, fer, soufre...
Tous les échantillons contiennent des teneurs élevées en chrome (de 1,5 à 4~), zinc (de 0,6 à 4%), cuivre (de 0,l à 1%), nickel (de 0,4 a 0,8~), plomb (de830 à 1500 ppm), cadmium (de 22 à 202 ppm) et étain (de 0,l à 3,7%).
2. Scories Les scories résultent de l'incinération de déchets industriels. Elles contiennent principalement des matières minérales incombustibles combinées sous de multiples formes oxydées variant en fonction des déchets incinérés.
Les scories ST8 ont été utilisées ; elles sont les plus riches en fer. Leur analyse quantométrique est indiquée dans le tableau II.2 en comparaison avec les boues T2 et T5 retenues pour les essais décrits ici.
Les scories contiennent plus de silicium, d'aluminium, de fer et de titane que les boues, et nettement moins de phosphore et de calcium. Les teneurs en métaux traces varient considérablement d'un échantillon a l'autre. L'échantillon ST8 est riche en chrome, cuivre et zinc.

217 ~1 18 PCT/FR94/01322 ~
Tabl eau I I . 2: Analyse ~ flt...~ des erh~ntillr nc de boues T2 etT5 et des scories F1.6m~ntc majeu~s en Boue Boue Scories ST8 ~u~ d'oxyde 1~ T5 SiO2 Z,36 1,45 26,25 Al2O3 1,76 2,15 10,66 Fe2O3 4,87 8,60 34,92 MnO 0,15 0,10 0,96 MgO 0,64 0,60 2,33 CaO 31,52 30,77 7,68 Na2O 2,74 1,58 2,66 K2O 0,20 0,26 0,56 TiO2 0,05 0,02 6,84 P2O5 15,46 13,56 2 C02 total 6,33 5,10 0,53 Soufre total~ 7,27 6,45 0,03 Chlore~ 1,27 0,85 Fluor~ 1,95 2,46 Perte au feu (550C) 10,67 12,1 Perte au feu (1010C) 14,53 13,95 -1,11 ~sous forme él~".c~llai~e m~ntc traces (sousforme ~lf. ..1-.~ enppm) Baryum 1176 468 9347 Berylium 6,58 0,6 2,2 Cobalt 36 63 4256 Chrome 28000 27500 135û0 Cuivre 9970 1310 1839 Galium 32 23 28 Niobium 5 5 85 Nickel 3970 3910 399 ~' 20 13 20 St~Anr~ Tn 11 10,8 10,9 ~ 124 112 434 Thorium 17 13 5 Van~ 1743 66 209 Yttrium 16 16 16 Zinc 22700 6300 1267 Zi~.~. iu......... 17 13 3350 Plornb 1330 830 535 t~.1. . . - .. , I 109 22 Etain 3500 37000 44 Arsenic 4,7 4,5 7~5 Mercure 3,8 2,2 0,05 ~ WO95/13116 21~ 6118 PCT~R94/01322 3. Mélanqe Boues/Scories ST8 Les mélanges ont été effectués avec les boues T2 et T5 et des proportions croissantes de scories ST8 (lO à
50%).
Le tableau II.3 indique la composition de ces mélanges.
B. Composition structurale de~ boues d'hy~roxyde~
métalligues La structure des boues d'hydroxydes brutes séchées, . _ broyées, présente une phase cristallisée constituée d'environ 12% d'apatite Ca5(P04)3(F,Cl,OH), de 35% de bassanite (CaS04,1/2H20), le restant soit 53% étant constitué par une matrice amorphe.
Pour nos essais, les boues sont séchées dans une étuve a 105C.

WO 95/13116 ., PCT/ER94/01322 Tabl e au I I .3 : Analyse ml~lti~ des m~ c de Boues ~I~T5)/Scorie dtns les ~,~u~ c 30% et 50% de scories m-~n~c majeurs en Boue Boue Boue Boue yo~ d'oxyde 1~30% ST8T2150% ST8T5J30% ST8T5/50% ST8 SiO2 9,53 14,30 8,89 13,85 A12O3 4,43 6,21 4,70 6,40 Fe2o3 13,89 19,89 16,50 21,76 MnO 0,39 0,55 0,36 0,53 MgO 1,15 1,48 1,12 1,46 CaO 24,37 19,60 23,84 19,22 Na2O 2,72 2,70 1,90 2,12 K2O 0,31 Q,38 0,35 0,41 TiO2 2,09 3,44 2,07 3,43 P205 11,42 8,73 10,09 7,78 C02 total 4,59 3,43 3,73 2,81 Soufre total" 5,10 3,65 4,52 3,24 Chlore'' - - - -Fluor~ - ~ ~
Perte au feu (550C) Perte au feu (1010C) ~SOUS fi~t7tle él~".~.,.ldi~
Pl~m~n-c traces (sous famle ~en ppm) Baryum 3627 5261 3132 4907 B~.rliu.l. 5,27 4,39 1,08 1,4 Cobalt 1302 2146 1321 2159 Chrome 23650 20750 23300 20500 Cuivre 7531 5904 1469 1574 Galium 30,8 30 24,5 25,5 Niobium 29 45 29 45 Nickel 2899 2184 2857 2154 ~ul~ 20 20 15,1 16,5 S.,.. -.1;........... 10,97 10,95 10,83 10,85 Sl~ liull~ 217 279 208,6 273 Thorium 13,4 11 10,6 9 V~n~-linnl 1283 976 108,9 137 Yttrium 16 16 16 16 Zinc 16270 11983 4790 3783 Zil~u~uulll 1017 1683 1014 1681 Plomb 1091 932 741 682 Cadmium 76,6 55 15,7 11,5 Etain 2463 lm 25913 18522 Arsenic 5,54 6,1 5,4 6 Mercure 2,67 1,92 1,55 1,12 ~ WO95/13116 ~17 6118 PCT~4101322 II.3 : Résultats et discus~ion A. Rappel de~ dernier~ résultats Les premières conclusions concernant le traitement thermique des boues sans ajouts sont les suivantes :
- amélioration globale de la tenue mécanique et de la stabilité du déchet au delà de l000C grâce à une cristallisation totale, - diminution de la perte au feu, - diminution de la fraction soluble (disparition quasi totale des chlorures et des sulfates à partir de 1380C, - Les résultats des tests de lixiviation selon la norme X31-2l0 sont rappelés dans les tableaux récapitulatifs II.4 et II.5, à savoir :
- diminution du COT
- concentrations en Zn, Ni, Cd dans les lixiviats inférieures aux seuils règlementaires définis dans l'arrêté du 30 mars 93 pour des essais effectués au delà
de lO00-C.
En revanche, les problèmes rencontrés étaient les suivants :
- libération de chrome VI proportionnellement à
l'élévation de température, - formation . de ferrialuminates de calcium (ferrites).
L'addition de limaille de fer (l à 5~) et de scories ST8 (l à 5~) semblait contribuer au piégeage du chrome dans des réseaux cristallins stables (Cf Tableau II.5).
Ces constatations ont permis de prévoir d'autres expériences afin de privilégier la formation de spinelles par rapport aux ferrites.
Puisque 1'ajout de scories est nettement plus avantageux que la limaille de fer en terme de faisabilité
économique, le procédé a été optimisé en faisant varier les teneurs en scories ST8 de l0 à 50% dans le mélange.

Wo 95/13116 ~17 6118 5 6 PCTIER9~/01322 ~

Tabl eau I I . 4 : Effet de la t.~ sur lt stabi'- ' - des boues T2 et T5 Test de lixiviation (norme afnor X31-210) , T2 ' T2-1000C T2-1200C T2-1380C
COT (ppm) 1495 86 162 <63 Métaw~
(mg/Kg M.S) Zinc 17,1 552 <1,2 <1,2 Nickel 13,7-24,1 435 3-7 <6 Cr Vl <0,8 0,3-0,5 2678 5976 Chlorures 11958 11920 1070 473 Sulfates 141580 73700 75350 626 COT (ppm) 2724 35,5 129 <60 Métaux (mg/Kg M.S) Zinc 39,6 <1,2 <1,2 <1,2 Nickel 28-34 38 <6 <6 Cr VI <0,9 <0,3 2618 2536 Chlorures 8514 9940 872 147 Sulfates 96377 47900 58841 540 Tabl e~u I I . 5 : Effel: tes ajouts de fer ou te scories ST8 sur la stabil;~
des boues T2 et T5 ~ 1380C
Test de li,.iv;..l,.~ (norme afnor X31-210) 1%Fe 5%Fe 1%ST8 5%ST8 COT (ppm) <63 168 174 133 166 Métaux tracff (mg/Kg M.S) Zinc <1,2 <1,2 c1,2 <1,2 <1,2 Nickel <6 <6 <6 <6 <6 Cr VI 5976 322 192 765 1204 Chlor~res 473 1030 890 620 530 Sulfates 626 83-108 <79 486 627 T5-1380C T5-1380C- T5-1380C- T5-1380C- T~1380C-1%Fe 5%Fe 1%5~TB 5%5T8 COT (ppm) <60 132 136 142 138 Métaux f~aces (m~/K~ç M.S) Zinc <1,2 ~1,2 <1,2 <1,2 <1,2 Nickel <6 <6 <6 <6 <6 Cr VI 2536 215 229 207 596 Chlorures 147 17 10-21 24 27 Sulfafes 540 159-185 <79 418 150 Seuils de détection: Cr total<O,200mg/l, CrVI<O,OlOmg/l, NicO,200mg/1, Cd<0,040mg/l, Pb<0,500mg/l, Zn<0,040mg/l, As<0,005mg/l, Hg<0,0005mg/l, CN libres<O,lOOmg/l.

~ woss/13116 ~1~ 6 1~8 PCT~4/01322 Le seuil minimal de concentration en scories à
utiliser pour empêcher la solubilisation de chrome VI est de 30%.
Il faut encore augmenter cette quantité de scories jusqu'à 50% pour favoriser la formation de spinelles par rapport aux ferrites.
B. Comportement thermique des échantillons l. Perte de masse des boues après traitement thermique La perte de masse des échantillons traités est consignée dans les tableaux II.6 et II.7 Tabl eau I I 6 : E~uLlliv~ de la perte de m~sse des boues en r~---- I - - .
de la t~ Luu~ de l-_;t~

Perte de masse en % 1000C 1200C
T2 18,1 21,3 1~; 18,2 19,3 Tabl eau I I 7: E~oluLu.. de la perte de masse des b~oues en de la L~ en scories ST8 Perte de masse en % 5% scories ST8 30% scorie ST8 50% scone ST8 T2/ST8 29,6 21,9 15,2 T5/ST8 - 21,3 14,7 On observe gue :
- Plus on augmente la température, plus la volatilisation d'éléments est importante, - L'ajout de scories diminue significativement la perte de masse des échantillons.

WO95/13116 ~ . pcTn~4lol322 2. Analyse thermique différentielle (ATD~ et thermoqravimétrique (ATG) L'analyse thermique différentielle a permis d'identifier le comportement réactionnel des deux échantillons de boues T2 et T5 ainsi que des scories ST8.
En ce qui concerne les boues, des "évènements" importants ne se détachent qu'à basse température (<500 C). A haute température, on observe deux pics qui peuvent éventuellement être attribués à des fusions partielles vers llO0C et vers 1400C. Les deux échantillons T2 et T5 se comportent de façon quasi identique.
Dans le cas des scories, le début de la zone de fusion se situe vers lOOO C et la fin de fusion vers 1300-C.
Au vu des ATD, il semblerait que la zone thermique efficace de traitement des boues brutes ou des mélanges de boues et de scories se situe dans la fourchette 1200C-1400-C. Le problème est différent si l'on effectue d'autres types d'ajouts.
L'analyse thermogravimétrique à 1500C montre une perte de masse de 30 à 40% pour les 2 échantillons de boues brutes testés. Au niveau des scories, la perte de masse est faible, de l'ordre de 2%. Deux zones de pertes de masse rapide sont à remarquer de 20C à 300C et de 1200C à 1500-C.
3. Analyse multiélémentaire des résidus traités Afin de pouvoir quantifier les éléments qui se sont volatilisés, une analyse multiélémentaire des résidus issus du traitement thermique à différentes températures a été effectuée par spectrométrie ICP-MS.
Pour l'analyse des boues brutes traitées seules, les résultats étaient les suivants :
A lOOO C

~ wossl13116 2 17 6 1 18 ^ pcTn~4lol322 Les résultats sont illustrés par le tableau II.8. Au niveau des eléments majeurs, on constate le départ total du CO2, une baisse des teneurs en K20, S et Cl.
En ce qui concerne les métaux lourds, ce sont le mercure, le plomb, le cadmium qui se volatilisent quasi totalement. Les teneurs en étain et en zinc diminuent légèrement.

Le tableau II.9 confirme la disparition totale du CO2, d'environ 50% de S et de Cl (seulement pour T2). On constate une diminution également de Na2O, K2O (T2), et F. Quant aux métaux traces, avec la volatilisation totale de Pb, Hg, et Cd, on observe une diminution de la concentration en Cr, Cu (T2), Ni, Zn, Sn (T2), et As (T2). Des variations sont à noter au niveau des deux échantillons traités.
Les premiers résultats à 1380C ne concernent que le mélange de boues avec 30~ scories (Cf. Tableau II.l0).

On constate essentiellement un départ plus important de Na2O, K20 et Cl. En ce qui concerne les métaux traces, Cd et Hg sont volatilisés. En revanche, moins de Pk est rejeté dans l'atmosphère qu'à 1200-C, ce qui pourrait s'expliquer par son piégeage. Il en est de même pour Cr, Ni, Zn et As qui sont peut-être également en partie intégrés dans des phases cristallines.

Wo 9~/13116 1 8 PCT/FRs~/01322 Tableau II.8 :Analyæm~ m~n~i~desbo~ I2etT5) apr~s un ~ nl ll.. ~ e à lOOO' C

Fl~m~ntcmajel2~Sen F.l~h~n~ n F.l~h:-ntill~n Frh:-ntill-~n F.-~h~ntillnn .la~ d'oxyde 12 T2-1000C 1~ T5-1000C
SiO2 2,36 1,97 1,45 1,49 Al2O3 1,76 1,76 2,15 2,05 Fe2O3 4,87 4,78 8,60 8,46 Mr~ 0,15 0,14 0,10 0,10 MgO 0,64 0,6 0,60 0,53 CaO 31,52 31,32 30,77 30,29 Na2O 2,74 2,6 1,58 1,54 K2O 0,20 0,15 0,26 0,2 TiO2 0,05 0,04 0,02 0,02 P205 15,46 14,92 13,56 13,07 C02 total 6,33 0,11 5,10 0,27 Soufre total~ 7,27 4,64 6,45 4,34 Chlore} 1,27 1,13 0,85 0,88 l~luor* 1,95 2,31 2,46 2,72 Perte au feu (550C) 10,67 0,98 12,1 Perte au feu (1010C) 14,53 3,23 13,95 6,22 ~sous fonne clc,..~ a.
Fl~smf~ntc traces (ppm) Baryum 1176 1583 468 431,3 B~yliulll 6,58 5,46 0,6 0,02 Cobalt 36 23,74 63 203,78 Chrome 28000 29879 275W 28398 Cuivre 9970 9987 1310 1391 Galium 32 4,71 23 3,91 Niobium 5 0,7 5 2,28 Nickel 3970 4537 3910 4055 F ' ' 20 1,65 1~3 1,17 S~.qn~ m 11 8,6 10,8 9 Sho~ll;ulll 124 116 112 90,02 Thorium 17 0,34 13 0,13 V~n~-linm 1743~ 1598 66 84,3 Yttrium 16 3,73 16 3,62 Zinc 22700 21046 6300 6383 Z~ uu~ll 17 g,33 13 5,17 Plomb 1330 634 830 34,37 Cadmium 109 15,06 22 ~0,5 Etain 3500 3029 37000 34127 Arsenic 4,7 6,39 4,5 6,56 Mercure 3,8 <0,05 2,2 Wo 95/13116 ~ 61 18 PCT/~R94/01322 Tabl eau I I . 9 : Analyse m~ ;.e des boues m etT5) après un ~ t ~e~ que à ~200C

~l~mpntcmajeurs-pnFrh:mffllnrl ~rl ~ n~t~h~nfillnn ~-~h~nffllnn pu~... ~e d'o7yde l~ 12WC 1~ T~1200C
SiO2 2,36 2,84 .1,45 2,05 Al23 1,76 1,71 2,15 2,44 Fe2o3 4,87 5,03 8,60 7,85 MrlO 0,15 0,15 0,10 0,10 MgO 0,64 0,72 Ofio 0,69 CaO 31,52 31,79 30,77 31,81 Na2O 2,74 2,02 1,58 1,26 K2O 0,20 0,16 0,26 0,32 TiO2 0,05 0,06 0,02 0,03 P205 15,46 14,78 13,~6 13,36 C02 total 6,33 0,02 5,10 0,02 Soufre total" 7,27 4,08 6,45 3,45 Chlore~ 1,27 0,71 0,85 0,74 Fluor~ 1,95 1,68 2,46 2,28 Perte au feu (550C) 10,67 - 12,1 Perte au feu (1010C) 14,53 13,95 '~sous fo~me élc"~,laii~
~I~SmPn~traces (sousforme~If. ~.~t~ enppm) Baryum 1176 1419 468 442,24 Bt:~yliulll 6,58 5,18 0,6 traces Cobalt 36 19,8 63 40,43 Chrome 28000 20~98 27500 19298 Cuivre 9970 7852 1310 1325,1 Galium 32 3,90 23 3,67 Niobium 5 0,50 5 2,00 Niclcel 3970 3264 3910 2499 R~ ;u.,, 20 2,27 13 1,58 5~.. 1;.. , 11 21,47 ~0,8 21,55 SL~ liu~ 124 119 112 106 Thorium 17 0,77 13 traces Vanadium 1743 1325 66 61,01 Yttrium 16~ 3,14 16 3,74 Zinc 22700 17061 6300 5091 Z~u~u~ 17 11,25 13 6,38 Plomb 1330 16,52 830 9,68 ~lmilmn 109 ~0,39 22 <0,40 Etain 3500 2078 37000 36638 Arsenic 4,7 2,04 4,5 4,92 Mercure 3,8 ~23,6 2,2 <24 PCTIFR94/01322 ~
WO9S/13116 ~ 6 11~ 62 Tab l e a u I I . 10 : Analyse ml11fff ~; - e des m~ ~Ps Boue .~2 e~ T5)lScone ST8 (30%) apr~s un ~ o t tl~ ;q..e de 1380"C

Fl-sm-~nJc majeu~ al Boue Boue Boue Boue p~.S I.. b. d'o~ydeT2/ST830% T2/ST830% T51ST830% T~/ST830%

SiO2 9,53 8,64 8,89 8,19 Al2O3 4,43 4,66 4,70 5,08 Fe2O3 13,89 13,28 16,50 15,99 MnO 0,39 0,39 0,36 0,36 MgO 1,15 1,14 1,12 1,08 CaO 24,37 24,64 23,84 24,08 Na2O 2,72 1,23 1,90 0,89 K2O 0,31 0,13 0,35 0,08 TiO2 2,09 2,06 2,07 2,05 P2O5 11,42 12,23 10,09 10,87 C02 total 4,59 0,08 3,73 0,01 Soufre total~ 5,10 0,14 4,52 0,10 Chlore~ - 0,008 - 0,005 Fluor~ - 1,36 - 1,13 Perte au feu (550C) - 0,12 - 0,03 Perte au feu (1010C) ~sous for7ne fl~
pl~m~n~ t~aces ~sous fonne ~ - t 'f ~ - ~ en ppm) Ba~um 3627 4331 3132 3361 B~ ~liulll 5,27 traces 1,08 traces Cobalt 1302 1144 1321 1145 Chrome 23650 29510 23300 26208 Cuivre 7531 5804 1469 1139 Galium 30,8 6,67 24,5 6,35 Niobium 29 27,64 29 28,42 Nickel 2899 5621 28S7 4978 ~b;'- 20 1,35 15,1 0,99 St AnAillm 10,97 11,16 10,83 10,77 Sl.ollLu.. l 217 214 208,6 194 Thorium 1~,4 0,92 10,6 0,77 V~n~AillTn 1283 1162 108,9 110 Yttrium 16 5,09 16 4,95 Zinc 16270 18658 4790 5231 Z-l~vluul~l 1017 109 1014 108 Plomb 1091 436 741 239 r~ lm 76,6 0,49 15,7 0,62 Etain 2463 1617 25913 22874 Arsenic 5,54 8,82 5,4 7,76 Merrure 2,67 - 1,55 ~ WO95/13116 ~1 7 61 1 8 PCT~4/01322 C. Tests de lixiviation Par comparaison avec les seuils réglementaires définis dans l'arrêté du 30 mars 93 relatifs aux boues d'hydroxydes et mâchefers d'incinération de déchets spéciaux ainsi que les seuils préconisés pour une valorisation en Travaux Publics de mâchefers d'incinération d'ordures ménagères, les résultats obtenus sur les mélanges boues-scories (30 et 50%) traités thermiquement à 1380C sont récapitulés Tableau II.ll.
En conclusion, on peut confirmer que les lixiviats présentent les caractéristiques suivantes par rapport aux témoins non traités :
- diminution du COT
- concentrations en métaux dans les lixiviats inférieures aux seuils, même relatifs à la valorisation en travaux publics - et surtout, diminution considérable de la solubilité du chrome VI par rapport aux essais à 1380-C
sur les boues brutes (de 2678-5976 ppm a 4,3-9,4 ppm).
Il faut un ~;n;~um de 30% de scories dans le meiange boues/scories à traiter pour insolubiliser le chrome.
Les meilleurs résultats sont obtenus avec 50% de scories ajoutées aux boues.

WO95113116 pcT~Rs4lol322 ~
2 1 7 1~

Tableau II.ll : Effet d'lm ~jout de 30% et de 50% te ~cories 6Ur la ~tabil:~-tinn des boues T2 et T~ ~ 1380C

T2/30%sc. T5/30%sc.T2/50%sc.T5150%sc. Nonne Nonne T.P
1380C 1380C 1380C 1380C (30 mars 94) mg/KF~ MS
COT(mg/Kg) 184 161 2~66 2;~2 c1500 Métaux traces (m~/Kg MS) t~~' <0,15 c0,15 <1,2 <1,2 <25 <1 Chrome total 9,4 4,3 <6 <6 <50 Chrome VI - - 0,7 <0,3 <5 <1 Nickel <1,5 <1,5 <6 <6 <6 <50 Plomb <0,60 0,25-0,6 <15 <15 <50 <15 Zinc <1,5 <1,5 <1,2 <1,2 <250 ~enic <0,30 <0,30 <0,02 <0,02 Mercure <0,03 <0,03 <0,04 <0,06 <5 <0,2 CN libres - - <0,3 <0,3 <5 Chlorures - - 30 35 Sulfates - - 55 1Z2 - <70000 Seuils de ~l~tertir~n: G total<0,200mg/1, GVI<0,010mg/l M~n~7nnn~ Cd<0,040mg/l, pb<o~soomg/l Zn~0,040mg/L ~s~,~05m~/1, Hg~a~lÇ~ /l CN libres~O,lOQ.n~/l.

D. Etu~e structural~

l. Analyse minéraloqique par ~icroscopie photonique et par microscopie ~lectronique a balayage (MEB).
Le cycle fusion-cristallisation dans le cas de l'ajout à 50% de scories, conduit au développement de spinelles, de cristaux d'apatite et de ferri-aluminates de calcium.
L'apatite, dont la composition idéale est Ca5 (PO4)3(F) mais ou les ions Ca sont remplacés a divers degrés par des cations et PO4, F par les anions SO4, sio4 et CrO4, sont genéralement peu colorés sous le microscope photonique, contrairement aux essais de fusion sur les boues brutes.
Les mélanges boues/scories (50%/50%) conduisent a une phase a structure cristallochimique de spinelle ayant _ WO 95/13116 . PCT/liR94/01322 le pouvoir réflecteur le plus élevé. Les variations du pouvoir réflecteur corrélées aux données chimiques par microsonde électronique permettent d'établir que le coeur du cristal de spinelle est enrichi en chrome à la différence des bordures plus riches en Titane.
Par ce procédé d'observation, les ferrites sont également bien mises en évidence : il slagit de cristaux squelettiques jaune miel aux formes très caractéristiques.
En fait, la fluoro apatite pour l'essentiel, et/ou les plagioclases (variété byttownite) comblent les vides intersertaux des cristaux de spinelles exclusivement.
6 PCT ~ W4 / 01322 ~
~ 7 ~

* Leaching tests If we compare the results of the leaching of recast products at 1500 C, at 1400 C
with those of the raw sample, we notice:
- Arsenic, chromium, copper, nickel, lead and zinc available for the sample crude are stabilized in the products especially overhauled at 1500 C where they are not even detected in leachate.
- the soluble fractions of the recast products are 1 to 8 times lower than for the sample gross.
- The concentrations of chlorides and sulfates also fall suddenly to become void or practically zero in STL6-1500C.
otherwise - the lead is slightly insolubilized in STL6-1400 C while it is completely for STL6-1400 C. This phenomenon can also be observed for copper and for lead.

V.2.4. Tests on the STL 8 sample * Chemical composition of the raw sample EC ~ ANTILLON STL 8 Major elements3 Trace elements ~
Containing Oxides (%) Containing Elements (ppm) sio2 26.25 Ba 9347 A1203 10.66 Be 2.2 Fe203 34.92 Co 4256 MnO 0.96 Cr 25,000 MgO 2.33 Cu 1839 CaO 7.68 Ga 28 -~ wos5ll3ll6 ~ 217 6118 Na20 2.66 Nb 85 K20 0.56 Ni 399 TiO2 6.84 Rb 20 P205 2.00 Sc 10.9 C02 0.53 Sr 434 S total 0.03 Th 5 y 16 Zn 955 Zr 3350 Pb 535 CD
Sn 44 As 7.5 Hg 0.05 Major (%) 94.31 Traces (ppm) 46544 Composition (%) 98.96 * Structural characterization of the raw sample The raw STL 8 sample is mainly composed from:
- 40% magnetite Fe304 The rest, about 60%, is made up of amorphous phase. The chemical composition of this phase glassy could be estimated using analysis point spectroscopic (electronic microprobe of Castaing) or:
- 17 to 17.5% of ~ i - 6 to 6.5% of Al - 13.5 to 14% Fe - 2.5 to 3% Na - 8 to 8.5% of Ca - 4.5 to 5% of Ti - of the order of 1% for Mg and P
- of the order of 0.5% for R and Mn * Structural characterization of the recast sample WO9S113116 ~ 1 7 ~ 118 PCT ~ R94 / 01322 at 1500 C: I]. is fully crystallized and is composed of 4 phases - the hercynite Fe Al2O4 - ulvitis, or ulvospinella, Fe2TiO4 - the fayalite Fe2 ~ iO4 - a plagioclase at ~ 00 C: The material is not entirely crystallized. there is still approximately 30% of glassy phase.
- increase in the percentage of magnetite Fe3O4 - appearance of ilmenite crystals FeTiO3 and pseudo-brookite Fe2Tio5 - a plagioclase with 50% anorthite ~ 217 ~ 1i8 Wo 95/13116 ~ PCT / FR94 / 01322 8 ~ D 8 OD ~ b E v vv c ~
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REPLACEMENT LIST (RULE 26) o95 / 13116 PCTn ~ 4tO1322 * Leaching tests The leaching tests were, for this sample, carried out on 3 products remelted at 1550 'C, at 1400 C and 1300 C. The comparison of analyzes of leachate with those in the raw sample, does not prove that there is an increase in the slag inertia gross after treatment. Indeed, the raw sample is initially stable. However, this fact must be hung up with the structure of this slag, made up essentially magnetite.
However, the solubility of chlorides is reduced and sulfates in proportion to the increase in temperature.

II Heat treatment of hydroxide sludge metallic Heat treatment of hydroxide sludge metallic must allow to sequester metals waste pollutants by inserting them into networks crystalline in the presence or to synthesize.
The goal is to achieve, as in the case of nearest slag, composition and structure of a stable natural rock.
The process involves melting the mixture of sludge and additions of appropriate minerals to produce, during a slow cooling, an artificial rock. During this crystallization, the transition metals migrate glassy material towards the current phases crystallization.
The principle is to use the elements already present in the waste and make additions complementary to guide the complete crystallization WOgS / 13116 ~ PCT ~ R94 / 01322 ~ 49 An originality of the process applied to sludge lies in additives that could be slag incineration.
II.l Characterization of sludge and mixture sludge / cories A. Chemical composition:
l. Sludge These are hydrophilic mineral sludges, made up aqueous suspensions of metallic hydroxides themselves same formed by precipitation of metals in solution by lime then with sodium sulfide (Process of depollution of industrial effluents loaded with metals).
The basic composition of the five sludge samples of hydroxides taken daily from the site is shown in Table II.l below:

~ WO 9S / 13116 ~ 17 61 18 PCT / FR94 / 01322 ~ ~ ~ OOO ~ O
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C ~

E ~ E a EEEEEEE
a ~ ~ V ~ O ~ Z z; ~? ~ ~ ~ ~ ~ C

REHEATHEAD ~ PLACE ~ AENT ~ RULE 26) ~ 217 ~ 118 woss / 13116 PCT ~ R94 / 01322 The five samples show some consistency for the contents of major elements, mainly calcium and phosphorus. A few variations should be noted in sodium, iron, sulfur...
All samples contain grades high in chromium (1.5 to 4 ~), zinc (0.6 to 4%), copper (from 0.1 to 1%), nickel (from 0.4 to 0.8 ~), lead (from 830 to 1500 ppm), cadmium (from 22 to 202 ppm) and tin (from 0.1 to 3.7%).
2. Slag Slag results from the incineration of waste industrial. They mainly contain non-combustible mineral matter combined under multiple oxidized forms varying depending on the waste cremated.
ST8 slag was used; they are the richer in iron. Their quantometric analysis is indicated in Table II.2 in comparison with the T2 and T5 sludge used for the tests described here.
Slag contains more silicon, aluminum, iron and titanium as sludge, and significantly less phosphorus and calcium. The contents in trace metals vary considerably from sample to another. The ST8 sample is rich in chrome, copper and zinc.

217 ~ 1 18 PCT / FR94 / 01322 ~
Water table II. 2: Analysis ~ flt ... ~ of erh ~ ntillr nc of sludge T2 and T5 and slag F1.6m ~ ntc majeu ~ s in Mud Mud Slag ST8 ~ u ~ oxide 1 ~ T5 SiO2 Z, 36 1.45 26.25 Al2O3 1.76 2.15 10.66 Fe2O3 4.87 8.60 34.92 MnO 0.15 0.10 0.96 MgO 0.64 0.60 2.33 CaO 31.52 30.77 7.68 Na2O 2.74 1.58 2.66 K2O 0.20 0.26 0.56 TiO2 0.05 0.02 6.84 P2O5 15.46 13.56 2 Total C02 6.33 5.10 0.53 Total sulfur ~ 7.27 6.45 0.03 Chlorine ~ 1.27 0.85 Fluorine ~ 1.95 2.46 Loss on ignition (550C) 10.67 12.1 Loss on ignition (1010C) 14.53 13.95 -1.11 ~ in el form ~ ".c ~ llai ~ e m ~ ntc traces (subform ~ lf. ..1-. ~ enppm) Barium 1176 468 9347 Berylium 6.58 0.6 2.2 Cobalt 36 63 4256 Chrome 28000 27500 135û0 Copper 9970 1310 1839 Galium 32 23 28 Niobium 5 5 85 Nickel 3970 3910 399 ~ '20 13 20 St ~ Anr ~ Tn 11 10.8 10.9 ~ 124 112 434 Thorium 17 13 5 Van ~ 1743 66 209 Yttrium 16 16 16 Zinc 22,700 6,300 1,267 Zi ~. ~. iu ......... 17 13 3350 Plornb 1330 830 535 t ~. 1. . . - .., I 109 22 Tin 3,500 37,000 44 Arsenic 4.7 4.5 7 ~ 5 Mercury 3.8 2.2 0.05 ~ WO95 / 13116 21 ~ 6118 PCT ~ R94 / 01322 3. ST8 Sludge / Slag Mix Mixing was carried out with T2 sludge and T5 and increasing proportions of slag ST8 (lO to 50%).
Table II.3 shows the composition of these mixtures.
B. Structural composition of ~ hydrous ~ sludge ~
metalligues The structure of the dried raw hydroxide sludge, . _ crushed, has a crystallized phase consisting about 12% apatite Ca5 (P04) 3 (F, Cl, OH), 35%
bassanite (CaS04,1 / 2H20), the remainder being 53% being consisting of an amorphous matrix.
For our tests, the sludge is dried in a oven at 105C.

WO 95/13116., PCT / ER94 / 01322 Table in II .3: Analysis ml ~ lti ~ of m ~ c of Sludge ~ I ~ T5) / Slag in the ~, ~ u ~ c 30% and 50% slag m- ~ n ~ c major in Mud Mud Mud Mud yo ~ oxide 1 ~ 30% ST8T2150% ST8T5J30% ST8T5 / 50% ST8 SiO2 9.53 14.30 8.89 13.85 A12O3 4.43 6.21 4.70 6.40 Fe2o3 13.89 19.89 16.50 21.76 MnO 0.39 0.55 0.36 0.53 MgO 1.15 1.48 1.12 1.46 CaO 24.37 19.60 23.84 19.22 Na2O 2.72 2.70 1.90 2.12 K2O 0.31 Q, 38 0.35 0.41 TiO2 2.09 3.44 2.07 3.43 P205 11.42 8.73 10.09 7.78 Total C02 4.59 3.43 3.73 2.81 Total sulfur "5.10 3.65 4.52 3.24 Chlorine '' - - - -Fluorine ~ - ~ ~
Loss on ignition (550C) Loss on ignition (1010C) ~ UNDER fi ~ t7tle él ~ ". ~.,. Ldi ~
Pl ~ m ~ nc traces (under famle ~ in ppm) Barium 3627 5261 3132 4907 B ~ .rliu.l. 5.27 4.39 1.08 1.4 Cobalt 1302 2146 1321 2159 Chrome 23 650 20 750 23 300 20 500 Copper 7,531 5,904 1,469 1,574 Galium 30.8 30 24.5 25.5 Niobium 29 45 29 45 Nickel 2,899 2,184 2,857 2,154 ~ ul ~ 20 20 15.1 16.5 S., .. -.1; ........... 10.97 10.95 10.83 10.85 Sl ~ liull ~ 217 279 208.6 273 Thorium 13.4 11 10.6 9 V ~ n ~ -linnl 1283 976 108.9 137 Yttrium 16 16 16 16 Zinc 16,270 11,983 4,790 3,783 Zil ~ u ~ uulll 1017 1683 1014 1681 Lead 1091 932 741 682 Cadmium 76.6 55 15.7 11.5 Tin 2463 lm 25913 18522 Arsenic 5.54 6.1 5.4 6 Mercury 2.67 1.92 1.55 1.12 ~ WO95 / 13116 ~ 17 6118 PCT ~ 4101322 II.3: Results and discussion A. Reminder of ~ last ~ results The first conclusions concerning the treatment thermal sludge without additions are as follows:
- overall improvement in mechanical strength and the stability of the waste beyond l000C thanks to a total crystallization, - reduction in loss on ignition, - decrease in the soluble fraction (disappearance almost total chlorides and sulfates from 1380C, - The results of the leaching tests according to the X31-2l0 standard are recalled in the tables summaries II.4 and II.5, namely:
- decrease in TOC
- Zn, Ni, Cd concentrations in leachate below the regulatory thresholds defined in the decree of March 30, 1993 for tests carried out beyond lO00-C.
However, the problems encountered were:
following:
- release of chromium VI in proportion to temperature rise, - training. calcium ferrialuminates (ferrites).
Addition of iron filings (l to 5 ~) and slag ST8 (l to 5 ~) seemed to contribute to the trapping of chromium in stable crystal lattices (Cf Table II.5).
These findings made it possible to predict other experiments in order to favor the formation of spinels compared to ferrites.
Since adding slag is much more advantageous than iron filings in terms of feasibility economical, the process has been optimized by varying the contents of ST8 slag from 10 to 50% in the mixture.

Wo 95/13116 ~ 17 6118 5 6 PCTIER9 ~ / 01322 ~

Water table II. 4: Effect of t. ~ On lt stabi'- '- sludge T2 and T5 Leaching test (afnor X31-210 standard) , T2 'T2-1000C T2-1200C T2-1380C
TOC (ppm) 1,495 86,162 <63 Metaw ~
(mg / Kg DM) Zinc 17.1 552 <1.2 <1.2 Nickel 13.7-24.1 435 3-7 <6 Cr Vl <0.8 0.3-0.5 2,678 5,976 Chlorides 11,958 11,920 1,070 473 Sulfates 141,580 73,700 75,350 626 TOC (ppm) 2724 35.5 129 <60 Metals (mg / Kg DM) Zinc 39.6 <1.2 <1.2 <1.2 Nickel 28-34 38 <6 <6 Cr VI <0.9 <0.3 2618 2536 Chlorides 8,514 9,940 872,147 Sulfates 96 377 47 900 58 841 540 Table II. 5: Effel: your iron additions or ST8 slag on the stabil; ~
sludge T2 and T5 ~ 1380C
Li, .iv; .. l ,. ~ test (afnor standard X31-210) 1% Fe 5% Fe 1% ST8 5% ST8 TOC (ppm) <63 168 174 133 166 Tracff metals (mg / Kg DM) Zinc <1.2 <1.2 c1.2 <1.2 <1.2 Nickel <6 <6 <6 <6 <6 Cr VI 5976 322 192 765 1204 Chlor ~ res 473 1030 890 620 530 Sulfates 626 83-108 <79 486 627 T5-1380C T5-1380C- T5-1380C- T5-1380C- T ~ 1380C-1% Fe 5% Fe 1% 5 ~ TB 5% 5T8 TOC (ppm) <60 132 136 142 138 Metals f ~ aces (m ~ / K ~ ç MS) Zinc <1.2 ~ 1.2 <1.2 <1.2 <1.2 Nickel <6 <6 <6 <6 <6 Cr VI 2536 215 229 207 596 Chlorides 147 17 10-21 24 27 Sulfafes 540 159-185 <79 418 150 Detection thresholds: Total Cr <O, 200mg / l, CrVI <O, OlOmg / l, NicO, 200mg / 1, Cd <0.040mg / l, Pb <0.500mg / l, Zn <0.040mg / l, As <0.005mg / l, Hg <0.0005mg / l, free CN <O, lOOmg / l.

~ woss / 13116 ~ 1 ~ 6 1 ~ 8 pct ~ 4/01322 The minimum slag concentration threshold at use to prevent solubilization of chromium VI is 30%.
We still need to increase this amount of slag up to 50% to promote the formation of spinels by compared to ferrites.
B. Thermal behavior of samples l. Loss of sludge mass after treatment thermal The loss of mass of the treated samples is recorded in Tables II.6 and II.7 Water table II 6: E ~ uLlliv ~ of the loss of sludge mass in r ~ ---- I - -.
from t ~ Luu ~ from l -_; t ~

Weight loss in% 1000C 1200C
T2 18.1 21.3 1 ~; 18.2 19.3 Water table II 7: E ~ oluLu .. of the mass loss of the b ~ boles L ~ in ST8 slag Weight loss in% 5% ST8 slag 30% ST8 slag 50% ST8 scone T2 / ST8 29.6 21.9 15.2 T5 / ST8 - 21.3 14.7 We observe that:
- The higher the temperature, the more volatilization of elements is important, - The addition of slag significantly reduces the loss of mass of the samples.

WO95 / 13116 ~. pcTn ~ 4lol322 2. Differential thermal analysis (ATD ~ and thermoqravimetric (ATG) Differential thermal analysis allowed identify the reaction behavior of the two T2 and T5 sludge samples as well as ST8 slag.
Regarding sludge, important "events"
only come off at low temperature (<500 C). At high temperature, we observe two peaks which can possibly be attributed to partial mergers around 110C and around 1400C. The two samples T2 and T5 behave almost identically.
In the case of slag, the start of the fusion is around lOOO C and the end of fusion towards 1300-C.
In view of the ATD, it would seem that the thermal zone efficient treatment of raw sludge or mixtures sludge and slag is in the range 1200C-1400-C. The problem is different if one performs other types of additions.
The thermogravimetric analysis at 1500C shows a mass loss of 30 to 40% for the 2 samples of raw sludge tested. At the level of slag, the loss of mass is low, of the order of 2%. Two loss zones of rapid mass are to be noted from 20C to 300C and 1200C to 1500-C.
3. Multi-element analysis of the treated residues In order to be able to quantify the elements that have volatilized, a multi-element analysis of residues from heat treatment at different temperatures was performed by ICP-MS spectrometry.
For the analysis of raw sludge treated alone, the results were as follows:
A lOOO C

~ wossl13116 2 17 6 1 18 ^ pcTn ~ 4lol322 The results are illustrated in Table II.8. At level of major elements, we see the total departure of CO2, a drop in K20, S and Cl contents.
With regard to heavy metals, these are the mercury, lead, cadmium which almost volatilize totally. Tin and zinc contents decrease slightly.

Table II.9 confirms the total disappearance of the CO2, around 50% of S and Cl (only for T2). We also finds a decrease in Na2O, K2O (T2), and F. As for trace metals, with total volatilization of Pb, Hg, and Cd, a decrease in the concentration of Cr, Cu (T2), Ni, Zn, Sn (T2), and As (T2). Variations should be noted at the level of the two processed samples.
The first results at 1380C only concern the mixture of sludge with 30 ~ slag (Cf. Table II.l0).

There is essentially a larger departure of Na2O, K20 and Cl. Regarding trace metals, Cd and Hg are volatilized. On the other hand, less Pk is released to the atmosphere only at 1200-C, which could can be explained by its trapping. The same goes for Cr, Ni, Zn and As which may also be partly integrated into crystalline phases.

Wo 9 ~ / 13116 1 8 PCT / FRs ~ / 01322 Table II.8: Analyæm ~ m ~ n ~ i ~ desbo ~ I2etT5) after ~ a ~ nl ll .. ~ e at lOOO 'C

Fl ~ m ~ ntcmajel2 ~ Sen Fl ~ h ~ n ~ n Fl ~ h: -ntill ~ n Frh: -ntill- ~ n F.- ~ h ~ ntillnn .la ~ oxide 12 T2-1000C 1 ~ T5-1000C
SiO2 2.36 1.97 1.45 1.49 Al2O3 1.76 1.76 2.15 2.05 Fe2O3 4.87 4.78 8.60 8.46 Mr ~ 0.15 0.14 0.10 0.10 MgO 0.64 0.6 0.60 0.53 CaO 31.52 31.32 30.77 30.29 Na2O 2.74 2.6 1.58 1.54 K2O 0.20 0.15 0.26 0.2 TiO2 0.05 0.04 0.02 0.02 P205 15.46 14.92 13.56 13.07 Total C02 6.33 0.11 5.10 0.27 Total sulfur ~ 7.27 4.64 6.45 4.34 Chlorine} 1.27 1.13 0.85 0.88 l ~ luor * 1.95 2.31 2.46 2.72 Loss on ignition (550C) 10.67 0.98 12.1 Loss on ignition (1010C) 14.53 3.23 13.95 6.22 ~ as clc, .. ~ a.
Fl ~ smf ~ ntc traces (ppm) Barium 1,176 1,583 468,431.3 B ~ yliulll 6.58 5.46 0.6 0.02 Cobalt 36 23.74 63 203.78 Chrome 28000 29879 275W 28398 Copper 9970 9987 1310 1391 Galium 32 4.71 23 3.91 Niobium 5 0.7 5 2.28 Nickel 3,970 4,537 3,910 4,055 F '' 20 1.65 1 ~ 3 1.17 S ~ .qn ~ m 11 8.6 10.8 9 Sho ~ ll; ulll 124 116 112 90.02 Thorium 17 0.34 13 0.13 V ~ n ~ -linm 1743 ~ 1598 66 84.3 Yttrium 16 3.73 16 3.62 Zinc 22,700 21,046 6,300 6,383 Z ~ uu ~ ll 17 g, 33 13 5.17 Lead 1,330 634 830 34.37 Cadmium 109 15.06 22 ~ 0.5 Tin 3,500 3,029 37,000 34,127 Arsenic 4.7 6.39 4.5 6.56 Mercury 3.8 <0.05 2.2 Wo 95/13116 ~ 61 18 PCT / ~ R94 / 01322 Water table II. 9: Analysis m ~; .e of sludge m and T5) after a ~ t ~ e ~ only at ~ 200C

~ l ~ mpntcmajeurs-pnFrh: mffllnrl ~ rl ~ n ~ t ~ h ~ nfillnn ~ - ~ h ~ nffllnn pu ~ ... ~ e d'7yde l ~ 12WC 1 ~ T ~ 1200C
SiO2 2.36 2.84 .1.45 2.05 Al23 1.76 1.71 2.15 2.44 Fe2o3 4.87 5.03 8.60 7.85 Mr10 0.15 0.15 0.10 0.10 MgO 0.64 0.72 Ofio 0.69 CaO 31.52 31.79 30.77 31.81 Na2O 2.74 2.02 1.58 1.26 K2O 0.20 0.16 0.26 0.32 TiO2 0.05 0.06 0.02 0.03 P205 15.46 14.78 13, ~ 6 13.36 Total C02 6.33 0.02 5.10 0.02 Total sulfur "7.27 4.08 6.45 3.45 Chlorine ~ 1.27 0.71 0.85 0.74 Fluorine ~ 1.95 1.68 2.46 2.28 Loss on ignition (550C) 10.67 - 12.1 Loss on ignition (1010C) 14.53 13.95 '~ under fo ~ me élc "~, laii ~
~ I ~ SmPn ~ traces (subform ~ If. ~. ~ T ~ enppm) Barium 1176 1419 468 442.24 Bt: ~ yliulll 6.58 5.18 0.6 traces Cobalt 36 19.8 63 40.43 Chrome 28000 20 ~ 98 27500 19298 Copper 9,970 7,852 1,310 1,325.1 Galium 32 3.90 23 3.67 Niobium 5 0.50 5 2.00 Niclcel 3970 3264 3910 2499 R ~; u. ,, 20 2.27 13 1.58 5 ~ .. 1; .., 11 21.47 ~ 0.8 21.55 SL ~ liu ~ 124 119 112 106 Thorium 17 0.77 13 traces Vanadium 1743 1325 66 61.01 Yttrium 16 ~ 3.14 16 3.74 Zinc 22,700 17,061 6,300 5,091 Z ~ u ~ u ~ 17 11.25 13 6.38 Lead 1,330 16.52 830 9.68 ~ lmilmn 109 ~ 0.39 22 <0.40 Tin 3,500 2,078 37,000 36,638 Arsenic 4.7 2.04 4.5 4.92 Mercury 3.8 ~ 23.6 2.2 <24 PCTIFR94 / 01322 ~
WO9S / 13116 ~ 6 11 ~ 62 Tab leau II. 10: Analysis ml11fff ~; - e des m ~ ~ Ps Mud. ~ 2 e ~ T5) lScone ST8 (30%) after a ~ ot tl ~; q..e of 1380 "C

Fl-sm- ~ nJc majeu ~ al Mud Mud Mud Mud p ~ .S I .. b. o ~ ydeT2 / ST830% T2 / ST830% T51ST830% T ~ / ST830%

SiO2 9.53 8.64 8.89 8.19 Al2O3 4.43 4.66 4.70 5.08 Fe2O3 13.89 13.28 16.50 15.99 MnO 0.39 0.39 0.36 0.36 MgO 1.15 1.14 1.12 1.08 CaO 24.37 24.64 23.84 24.08 Na2O 2.72 1.23 1.90 0.89 K2O 0.31 0.13 0.35 0.08 TiO2 2.09 2.06 2.07 2.05 P2O5 11.42 12.23 10.09 10.87 Total C02 4.59 0.08 3.73 0.01 Total sulfur ~ 5.10 0.14 4.52 0.10 Chlorine ~ - 0.008 - 0.005 Fluorine ~ - 1.36 - 1.13 Loss on ignition (550C) - 0.12 - 0.03 Loss on ignition (1010C) ~ under for7ne fl ~
pl ~ m ~ n ~ t ~ aces ~ in the form ~ - t 'f ~ - ~ in ppm) Ba ~ um 3627 4331 3132 3361 B ~ ~ liulll 5.27 traces 1.08 traces Cobalt 1302 1144 1321 1145 Chrome 23650 29510 23300 26208 Copper 7,531 5,804 1,469 1,139 Galium 30.8 6.67 24.5 6.35 Niobium 29 27.64 29 28.42 Nickel 2,899 5,621 28S7 4,978 ~ b; '- 20 1.35 15.1 0.99 St AnAillm 10.97 11.16 10.83 10.77 Sl.ollLu .. l 217 214 208.6 194 Thorium 1 ~, 4 0.92 10.6 0.77 V ~ n ~ AillTn 1283 1162 108.9 110 Yttrium 16 5.09 16 4.95 Zinc 16,270 18,658 4,790 5,231 Zl ~ vluul ~ l 1017 109 1014 108 Lead 1091 436 741 239 r ~ lm 76.6 0.49 15.7 0.62 Tin 2,463 1,617 25,913 22,874 Arsenic 5.54 8.82 5.4 7.76 Ground 2.67 - 1.55 ~ WO95 / 13116 ~ 1 7 61 1 8 PCT ~ 4/01322 C. Leaching tests By comparison with regulatory thresholds defined in the decree of 30 March 93 relating to sludge of hydroxides and bottom ash from waste incineration as well as the thresholds recommended for a recovery in clinker works incineration of household waste, the results obtained on sludge-slag mixtures (30 and 50%) treated thermally at 1380C are summarized in Table II.ll.
In conclusion, we can confirm that the leachate have the following characteristics compared to untreated witnesses:
- decrease in TOC
- metal concentrations in leachate below the thresholds, even relating to valuation in public works - and above all, considerable decrease in the solubility of chromium VI compared to tests at 1380-C
on raw sludge (from 2678-5976 ppm to 4.3-9.4 ppm).
It takes a ~; n; ~ um of 30% slag in the meiange sludge / slag to be treated to insolubilize chromium.
The best results are obtained with 50% of slag added to the sludge.

WO95113116 pcT ~ Rs4lol322 ~
2 1 7 1 ~

Table II.ll: Effect of lm ~ jout of 30% and 50% te ~ cories 6Ur ~ tabil: ~ -tinn sludge T2 and T ~ ~ 1380C

T2 / 30% sc. T5 / 30% sc.T2 / 50% sc.T5150% sc. Nun Nun TP
1380C 1380C 1380C 1380C (March 30, 94) mg / KF ~ MS
TOC (mg / Kg) 184 161 2 ~ 66 2; ~ 2 c1500 Trace metals (m ~ / Kg MS) t ~~ '<0.15 c0.15 <1.2 <1.2 <25 <1 Total chromium 9.4 4.3 <6 <6 <50 Chromium VI - - 0.7 <0.3 <5 <1 Nickel <1.5 <1.5 <6 <6 <6 <50 Lead <0.60 0.25-0.6 <15 <15 <50 <15 Zinc <1.5 <1.5 <1.2 <1.2 <250 ~ enic <0.30 <0.30 <0.02 <0.02 Mercury <0.03 <0.03 <0.04 <0.06 <5 <0.2 NC free - - <0.3 <0.3 <5 Chlorides - - 30 35 Sulfates - - 55 1Z2 - <70,000 Thresholds of ~ l ~ complete ~ n: G total <0.200 mg / l, GVI <0.010 mg / l M ~ n ~ 7nnn ~ Cd <0.040 mg / l, bp <o ~ soomg / l Zn ~ 0.040mg / L ~ s ~, ~ 05m ~ / 1, Hg ~ a ~ lÇ ~ / l CN free ~ O, lOQ.n ~ / l.

D. Structural study l. Mineraloqic analysis by ~ photonic microscopy and by scanning electron microscopy (SEM).
The fusion-crystallization cycle in the case of adding 50% slag leads to the development of spinels, apatite crystals and ferri-aluminates calcium.
Apatite, whose ideal composition is Ca5 (PO4) 3 (F) but where Ca ions are replaced at various degrees by cations and PO4, F by anions SO4, sio4 and CrO4, are generally slightly colored under the microscope photonics, unlike the fusion tests on raw sludge.
Sludge / slag mixtures (50% / 50%) lead to a phase with a crystallochemical structure of spinel having _ WO 95/13116. PCT / liR94 / 01322 the highest reflectance. Variations in reflecting power correlated to chemical data by electronic microprobe to establish that the heart spinel crystal is enriched with chromium at the difference of the edges richer in Titanium.
By this observation process, the ferrites are also highlighted: it slagit crystals skeletal honey yellow very shaped characteristics.
In fact, fluoro apatite for the most part, and / or plagioclases (byttownite variety) fill in the gaps intersertal spinel crystals only.

Claims (18)

REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de déchets, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- le chauffage d'un mélange comprenant les déchets à
traiter et un ou plusieurs agents de nucléation contenant notamment des composés ferreux, ledit chauffage étant réalisé dans des conditions telles qu'il permet l'obtention d'un mélange en phase liquide encore appelé
mélange de fusion ou "melt", dont au moins 5% des oxydes Fe2O3 sont transformés en oxydes FeO ;
- le refroidissement contrôlé du "melt" jusqu'a l'obtention d'un matériau solide dans lequel les métaux lourds contenus dans les déchets traités sont stabilisés au sein de structures cristallines contenant des cristaux de la famille des spinelles ;
- la récupération du matériau solide obtenu.
1. Process for treating waste, characterized in that that it includes the following steps:
- heating a mixture comprising the waste to treat and one or more nucleating agents containing in particular ferrous compounds, said heating being carried out under conditions such that it allows obtaining a mixture in the liquid phase also called fusion mixture or "melt", including at least 5% of oxides Fe2O3 are transformed into FeO oxides;
- the controlled cooling of the "melt" until obtaining a solid material in which the metals heavy materials contained in the treated waste are stabilized within crystal structures containing crystals of the spinel family;
- the recovery of the solid material obtained.
2. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de chauffage comporte une phase de stabilisation du mélange à une température permettant la liquéfaction complète du mélange à traiter. 2. Treatment method according to claim 1, characterized in that the heating step includes a stabilization phase of the mixture at a temperature allowing the complete liquefaction of the mixture to be treated. 3. Procédé de traitement selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les déchets traités sont des scories résultant de l'incinération des déchets industriels ou domestiques. 3. Treatment method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the waste treated are slag resulting from the incineration of industrial or domestic waste. 4. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les agents de nucléation sont des composés ferreux tels que la limaille de fer. 4. Treatment process according to any of the claims 1 to 3, characterized in that the agents of nucleation are ferrous compounds such as iron filings of iron. 5. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce que les déchets à
traiter sont des boues d'hydroxydes métalliques et en ce que le mélange à chauffer comprend les susdites boues d'hydroxydes métalliques et, à titre d'agents de nucléation, des scories résultant de l'incinération de déchets industriels ou ménagers.
5. Treatment process according to any of the claims, characterized in that the waste to be treat are metal hydroxide sludges and in this that the mixture to be heated comprises the aforesaid sludge metal hydroxides and, as agents of nucleation, slag resulting from the incineration of industrial or household waste.
6. Procédé de traitement selon la revendication 5 caractérise en ce que le mélange à chauffer comprend entre environ 70% et 30% de boues d'hydroxydes et entre 30% et 50% de scories en poids du mélange. 6. Treatment method according to claim 5 characterized in that the mixture to be heated comprises between about 70% and 30% hydroxide sludge and between 30% and 50% slag by weight of the mixture. 7. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on récupère entre 20% et 50% environ de spinelles en fin du traitement. 7. Treatment process according to any of the claims 1 to 6, characterized in that one recovers between approximately 20% and 50% of spinels at the end of the treatment. 8. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les scories sont remplacées par un composé ferreux jusqu'à 5% en poids du mélange. 8. Process of treatment according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the slag are replaced by a ferrous compound up to 5% in weight of the mixture. 9. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'étape de chauffage est réalisée dans des conditions telles qu'elle permet a) la liquéfaction de la magnétite contenue dans les scories et la libération des oxydes Fe2O3, et b) la réduction de l'oxyde Fe2O3 formé, en oxyde FeO par addition d'agents tels que le fer. 9. Process of treatment according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the step of heating is carried out under such conditions that it allows a) the liquefaction of the magnetite contained in the slag and the release of Fe2O3 oxides, and b) the reduction of the Fe2O3 oxide formed, to the FeO oxide by addition of agents such as iron. 10. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la température du mélange à traiter par chauffage est portée jusqu'à environ au moins 1450°C, de préférence jusqu'à
environ 1500°C.
10. Treatment method according to any of the claims 1 to 9, characterized in that the temperature of the mixture to be treated by heating is raised up to about at least 1450°C, preferably up to about 1500°C.
11. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le composé
ferreux est du fer.
11. Treatment process according to any of the claims 1 to 10, characterized in that the compound ferrous is iron.
12. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le composé
ferreux est de la limaille de fer dans une proportion supérieure à 0,5% en poids du mélange à traiter par chauffage, de préférence de 1 % en poids du mélange à
traiter.
12. Treatment method according to any of the claims 1 to 11, characterized in that the compound ferrous is iron filings in a proportion greater than 0.5% by weight of the mixture to be treated by heating, preferably 1% by weight of the mixture to treat.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les agents de nucléation représentent d'environ 0,5% à environ 15%
en pourcentage exprimé en poids du mélange soumis à
l'étape de chauffage.
13. Process according to any of the claims 1 to 12, characterized in that the agents of nucleation represent from about 0.5% to about 15%
as a percentage expressed by weight of the mixture subjected to the heating step.
14. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les déchets à traiter sont des scories contenant principalement les oxydes suivants dans une proportion donnée en pourcentage par rapport au poids total des déchets :
SiO2 26,25 à 45,65 Al2O3 7,43 - 17,98 Fe2O3 14,53 - 34,92 MnO 0,54 - 1,88 MgO 1,64 - 2,86 CaO 6,41 - 10,16 Na2O 2,66 - 10,82 K2O 0,56 - 1,61 TiO2 3,66 - 7,69 P2O5 0,96 - 2,54 CO2 0,33 - 4,32 S total 0,03 - 2,53
14. Treatment process according to any of the claims 1 to 13, characterized in that the waste to be treated are slags containing mainly the following oxides in a given proportion in percentage in relation to the total weight of waste:
SiO2 26.25 to 45.65 Al2O3 7.43 - 17.98 Fe2O3 14.53 - 34.92 MnO 0.54 - 1.88 MgO 1.64 - 2.86 CaO 6.41 - 10.16 Na2O 2.66 - 10.82 K2O 0.56 - 1.61 TiO2 3.66 - 7.69 P2O5 0.96 - 2.54 CO2 0.33 - 4.32 Total S 0.03 - 2.53
15. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les déchets à traiter sont des boues d'hydroxydes métalliques contenant principalement les oxydes suivants dans une proportion donnée en pourcentage par rapport au poids total des déchets :
SiO2 1,4 - 2,7 Al2O3 1 - 3 Fe2O3 3 - 15 MnO 0,05 - 0,2 MgO 0,5 - 1 CaO 20 - 32 Na2O 1,5 - 4 K2O 0,2 - 0,3 TiO2 0,01 - 0,1 S total 4 - 14
15. Treatment process according to any of the claims 1 to 13, characterized in that the waste to be treated are metal hydroxide sludge mainly containing the following oxides in a proportion given as a percentage by weight total waste:
SiO2 1.4 - 2.7 Al2O3 1 - 3 Fe2O3 3 - 15 MnO 0.05 - 0.2 MgO 0.5 - 1 CaO 20 - 32 Na2O 1.5 - 4 K2O 0.2 - 0.3 TiO2 0.01 - 0.1 Total S 4 - 14
16. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'étape de chauffage est réalisée sur des scories ayant une granulométrie inférieure à 10 mm, de préférence inférieure à 2 mm. 16. Treatment method according to any of the claims 1 to 14, characterized in that the step of heating is carried out on slag having a grain size less than 10 mm, preferably less than 2mm. 17. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les scories sont homogénéisées avec les agents de nucléation, en particulier avec le (les) composé(s) ferreux. 17. Treatment process according to any of the claims 1 to 16, characterized in that the slag are homogenized with the nucleating agents, particular with the ferrous compound(s). 18. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que le mélange de scories et de composé(s) ferreux est porphyrisé de manière à obtenir une granulométrie inférieure à 10 µm. 18. Treatment process according to any of the claims 16 or 17, characterized in that the mixture of slag and ferrous compound(s) is porphyrized from so as to obtain a particle size of less than 10 μm.
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