DESCRIPTION
La présente invention concerne un procédé de transformation de déchets solides, comprenant au moins 30%, en poids, de matières cellulosiques, en matériaux solides, inertes et insolubles dans l'eau.
Ce procédé peut notamment être appliqué pour transformer des ordures ménagères ou des déchets d'origine industrielle, constitués par des mélanges, de compositions variées, de matières organiques et minérales, en matériaux utilisables dans l'industrie du bâtiment et le génie civil.
Jusqu'à présent, les ordures ménagères et les déchets industriels sont généralement soit simplement entreposés dans des décharges, soit incinérés ou pyrolysés. Ces deux manières de faire présentent de graves inconvénients qui sont bien connus. Dans les deux cas, il y a un risque très important de pollution. En particulier, dans le cas de l'incinération ou de la pyrolyse, certaines matières qui sont très souvent présentes dans les ordures et déchets de toutes sortes d'origines sont susceptibles de dégager des gaz toxiques qui se répandent dans l'atmosphère. Par exemple, les matières plastiques chlorées ou fluorées sont susceptibles de dégager des vapeurs de chlore ou d'acide chlorhydrique ou bien de fluor ou d'acide fluorhydrique, respectivement. Il en résulte de sévères limitations quant aux possibilités de pratiquer ce genre de traitement des ordures et déchets.
D'autre part, I'accumulation progressive de volumes considérables de déchets non traités ou de résidus d'incinération qui ne sont susceptibles d'aucune utilisation ultérieure posent également de graves problèmes.
La présente invention a pour but d'obvier à ces inconvénients en fournissant un procédé de transformation de déchets organiques et minéraux en matériaux inertes, utilisables par exemple dans l'industrie du bâtiment et le génie civil, ce procédé comprenant des opérations au cours desquelles les déchets traités subissent une importante diminution de volume et sont transformés en un produit solide inerte sans aucun risque de dégagement de gaz toxique, ou autres matières nuisibles, pendant ou après la mise en oeuvre du procédé.
A cet effet, le procédé selon l'invention correspond à la définition donnée dans la revendication 1.
De préférence, on règle la teneur en humidité des corps solides à une valeur de 27 à 30% en poids, avant le traitement thermique. A cet effet, on peut doser les quantités de masse pulvérulente de déchets ainsi que celles des charges et additifs éventuellement mélangés à cette masse avant sa compression et ajouter, si nécessaire, de l'eau ou des solutions aqueuses ou encore d'autres milieux aqueux tels que des suspensions aqueuses.
Egalement de préférence, la pression sous laquelle l'on comprime la masse pour former les corps solides est comprise entre 150 et 900 bars.
Conformément à un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux, on comprime la masse sous forme de granulés constitués par des corps cylindriques ayant un diamètre compris entre 4 et 20 millimètres et une longueur comprise entre 6 et 30 millimètres.
Conformément à un mode de mise en oeuvre particulier, on incorpore au moins un additif dans la masse pulvérulente de déchets, au plus tard avant de procéder à l'opération de compression de cette masse.
Comme additif, on peut utiliser par exemple au moins une substance choisie parmi les suivantes: phosphate monocalcique, acide phosphorique, sulfate de calcium, urée, sel d'ammonium, solution aqueuse d'ammoniaque, borax, bicarbonate de sodium, chlorure de sodium, extrait sec de gélatine, fécule ou amidon de manioc, alginate sodique, carboxyméthylcellulose, méthylcellulose, méthylcellulose modifiée, acétate de polyvinyle, alcool polyvinylique, résine mélamine-formol, résine phénolique, agent d'insolubilisation pour résine mélamine-formol, agent d'insolubilisation pour alcool polyvinylique, résine de coumarone, résine urée-formol, silicate de potassium, silicate de sodium, cette substance étant à l'état de poudre ou à l'état liquide ou encore sous forme de solution ou dispersion aqueuse, lors de son incorporation dans la masse pulvérulente de déchets.
On peut également éventuellement incorporer une certaine quantité de chaux vive en poudre, correspondant, par exemple, à une proportion comprise entre 0,3 et 10% de la masse pulvérulente de déchets, dans cette masse, avant de procéder à l'opération de compression de cette dernière. Le but de cette incorporation de chaux vive est de provoquer une élévation de la température de la masse de déchets jusqu'à une valeur optimale pour le processus de compression, c'est-à-dire, par exemple, jusqu'à une température de l'ordre de 80 C, par suite de la réaction de la chaux vive avec l'eau présente dans la masse de déchets. La chaux vive peut être incorporée dans la masse de déchets seule ou en mélange avec une certaine quantité d'au moins un sel de calcium, tel que le carbonate, par exemple en proportions pondérales CaO/CO3Ca comprise entre 2:1 et 1:5.
Conformément à un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux, on provoque, au cours de la phase initiale de chauffage,
I'échauffement à coeur des blocs de masse de déchets jusqu'à une température comprise entre 250 et 300 C puis on les maintient un certain temps à cette température, cette phase initiale de chauffage étant suivie d'une phase intermédiaire de refroidissement au cours de laquelle la température décroît progressivement, jusqu'à une valeur comprise entre 60 et 80 C, et d'une phase finale de maintien à une température comprise entre 60 et 80 C.
De préférence, la durée totale du traitement thermique est comprise entre 20 et 45 minutes.
Egalement de préférence, la durée totale de la phase initiale de chauffage correspond environ au tiers de la durée totale du traitement thermique.
Conformément à un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux, on effectue le traitement thermique en déplaçant, avec une vitesse constante, les granulés, à partir d'une première zone de chauffage à température comprise entre 250 et 300 C, jusqu'à une zone de fin de chauffage à température comprise entre 60 et 80 C, en passant par une zone intermédiaire dans laquelle règne un gradient de température correspondant à une variation progressive de la température, dans le sens de déplacement des granulés, entre la température de la première zone de chauffage et celle de la zone de fin de chauffage, les granulés étant introduits, au début de la première zone de chauffage, simultanément avec de la chaux vive en poudre ou un mélange pulvérulent de chaux vive et d'au moins un sel de calcium, à l'état solide divisé.
De préférence, le sel de calcium est le carbonate de calcium.
Avantageusement, la proportion de chaux vive, ou de mélange de chaux vive et d'au moins un sel de calcium, ajouté aux granulés juste avant de soumettre ces granulés au traitement thermique, correspond à 0,3 à 0,5% en poids de CaO et à 0,3 à 0,5% en poids de sel de calcium.
Conformément à un mode de mise ene oeuvre particulièrement avantageux, I'on effectue le traitement thermique en faisant passer les granulés à travers un four-tunnel rotatif, dont l'axe de rotation est placé en position pratiquement horizontale, ce four étant muni d'une rampe hélicoïdale intérieure permettant le transport des blocs à vitesse constante d'une extrémité à l'autre du four.
Les matières qui sont susceptibles d'être soumises au procédé selon l'invention peuvent être d'origine et de composition très variées.
Par exemple, il peut s'agir d'ordures ménagères aussi bien que de déchets ou de résidus industriels.
Compte tenu de la nature de ces matières, qui sont, en pratique, constituées de mélanges de produits d'origines variées, il est clair que leur composition est susceptible de variations importantes et plus ou moins aléatoires. Cependant, de manière générale, il est particulièrement avantageux que la composition moyenne de la matière traitée soit comprise dans les limites suivantes (exprimées en pourcentage pondéral):
matières cellulosiques: 50 à 60%
matières amylacées (telles qu'amidon et fécule): 6 à 7%
matières plastiques (résines polymères synthétiques): 6 à 7%
matières siliceuses:
3 à 4%
Préalablement à la mise en oeuvre du procédé, les ordures et déchets provenant de l'enlèvement sur les lieux de collecte sont soumis aux opérations habituelles de tri et tamisage afin d'en séparer les objets éventuellement récupérables et/ou recyclables tels quels, notamment les masses métalliques de grandes dimensions.
La préparation de la masse de déchets sous forme d'un mélange pulvérulent homogène pratiquement exempt de matières métalliques, et notamment de fer, peut être effectuée par broyage et mélange, ces deux opérations pouvant être effectuées simultanément ou séparément et combinées avec une ou plusieurs opérations de tri destinées à la séparation de morceaux métalliques et plus particulièrement de morceaux de matières à base de fer.
Par exemple, on peut soumettre cette masse à un premier broyage, grossier, jusqu'à une grosseur moyenne de morceaux d'environ 50 millimètres, ce broyage étant effectué avant ou après un tri magnétique destiné à l'enlèvement de particules de fer et autres matières ferromagnétiques et étant suivi d'un deuxième broyage effectué, par exemple, au moyen d'un broyeur rotatif à marteau, de manière à réduire la masse en particules ayant des dimensions n'excédant pas 5 à 8 millimètres.
On peut éventuellement ajouter à la masse de déchets, de préférence après la préparation du mélange pulvérulent, une charge complémentaire minérale afin de modifier la composition globale de la masse, notamment en vue d'influer sur la composition et les caractéristiques du produit final, par exemple pour lui conférer une densité désirée. L'adjonction de cette charge complémentaire peut être effectuée soit avant l'incorporation du liant dans la masse de déchets broyés. soit en même temps que cette opération. Comme constituant de la charge complémentaire minérale. on peut. par exemple. utiliser une ou plusieurs matières choisies parmi les suivantes: carbonate de calcium. gypse. plâtre. cendres folles ( fly ash ) de hauts fourneaux.
magnésie. sulfate de baryum, lithopone. dolomite, matières argileuses. charbon en poudre.
De préférence. la proportion totale de matières constituant cette charge complémentaire est telle qu'elle constitue de 20 à 40% en poids de la quantité globale du mélange de la masse de déchets avec cette charge.
L'incorporation de l'additif dans la masse de déchets broyée renfermant éventuellement la charge complémentaire est avantageusement effectuée dans un appareil mélangeur (par exemple un mélangeur vertical) et suivie d'un séjour dans un autre appareil mélangeur (par exemple un mélangeur horizontal) dans lequel l'imprégnation de la masse broyée par l'additif est poursuivie, par exemple pendant une durée de l'ordre de 15 à 20 minutes, de manière iâ obtenir un mélange homogène de la matière broyée et de l'additif dans lequel ce dernier Imprègne parfaitement cette matière.
Comme additif. on peut utiliser toute matière à l'état pulvérulent. liquide ou pâteux. susceptible d'être incorporée intimement et de manière homogène à la matière broyée en lui conférant des propriétés. notamment en ce qui concerne la plasticité et les caractéristiques rhéologiques. permettant la mise ultérieure du mélange sous forme de corps solides aptes à garder leur cohésion au cours de l'opération finale de traitement thermochimique.
Par exemple. on peut utiliser comme additif un produit obtenu
par chauffage. dans l'eau, à une température au plus égale à 90- C,
d'au moins l'une des substances suivantes (de préférence dans les
proportions indiquées ci-dessous en pourcentage pondéral. par
rapport à la quantité d'eau utilisée):
phosphate monocalcique: 0,2 à 1,5%
acide phosphorique: 0,2 à 1.5%
sulfate de calcium: 2,5 à 7,5%
urée: 0.là 200
sel d'ammonium: 1,0 à 3,0%
solution aqueuse d'ammoniaque à 40 Baumé: 1,0 à 3,0%
borax (par exemple le produit connu sous la dénomination com
merciale Neobore ): 0,3 à 2,0%
bicarbonate de sodium ou chlorure de sodium:
0,3 à 1,5%
extrait sec de gélatine (par exemple gélatine d'os): 1,8 à 3.0%
fécule de manioc: 2.0 à 6*0%
amidon de manioc: 4,0 à 12,0%
alginate sodique: 2,0 à 8,0%
carboxyméthylcellulose: 1,5 à 4,0%
méthylcellulose: 1.0 à 3s0%
méthylcellulose modifiée (par exemple le produit connu sous la
dénomination commerciale Thylose ): 1.5 à 5s0%
acétate de polyvinyle plastifié: 2,0 à 8s0%
alcool polyvinylique: 2,5 à 8.0%
résine urée formol: 0,5 à 3,0%
résine phénolique:
1,0 à 2,0%
alcool polyvinylique
agent d'insolubilisation d'alcool polyvinylique, agent d'insolubi
lisation de résine mélamine-formol
résine de coumarone
silicate de potassium ou de sodium, etc.
On peut notamment avantageusement utiliser comme additif un produit pulvérulent constitué par un mélange, en proportions pon dérales comprises entre 1:2 et 2:1, d'une première poudre contenant:
0.3 à 1.7 partie en poids de sulfate de calcium
0.3 à 1.2 partie en poids de phosphate monocalcique
0.5 à 2 parties en poids de borax
0,5 à 2 parties en poids d'urée
0,5 à 3 parties en poids de colle d'os
0.1 à 1 partie en poids de carboxyméthylcellulose
10 à 50 parties en poids de carbonate de calcium et d'une deuxième poudre obtenue par dessiccation de farine de manioc gonflée par chauffage.
jusqu'à ébullition, en milieu aqueux renfermant du formol et de l'ammoniaque (par exemple, en utilisant 0.5 à 2 parties de formol et 0,5 à 2 parties d'ammoniaque à 40"
Baumé pour 10 à 40 parties en poids de farine de manioc).
La quantité d'additif peut être, par exemple. comprise entre 0,5 et 5%. en poids. par rapport au poids de la masse homogène de déchets.
L'opération de compression du mélange de masse de déchets (contenant éventuellement une charge complémentaire) et d'additif ainsi que, le cas échéant, de chaux vive ou de mélange de chaux vive et d'au moins un sel de calcium peut être effectuée, de manière connue en soi. selon la forme que l'on désire conférer au matériau constituant le produit final de transformation désirée. Avantageusement, en vue de l'obtention d'un matériau granulé, par exemple sous forme de petits cylindres ayant une longueur de 6 à 30 millimètres et un diamètre de 4 à 20 millimètres, on utilise un appareil à granuler de type industriel, permettant d'effectuer une granulation sous une pression de 150 à 900 bars.
On peut également comprimer le mélange de masse de déchets et d'additif et/ou de charges minérales sous forme de blocs conformés ayant des dimensions de plusieurs centimètres, pouvant servir d'éléments de construction de murs ou de revêtement de chaussée, ou encore sous forme de plaques ou de panneaux pouvant servir, par exemple, comme éléments de revêtement de mur.
La proportion de chaux vive ou de mélange de chaux vive et de carbonate de calcium par rapport aux corps solides soumis au traitement thermique est de préférence de 0,3 à 0,5%, en poids, de CaO et de 0,3 à 0,5%, en poids. de carbonate de calcium. De préférence, la durée totale de chauffage est comprise entre 20 et 45 minutes, la durée de la première phase de chauffage correspondant de préférence au tiers de la durée totale de chauffage.
Conformément à un mode de mise en oeuvre du procédé particulièrement avantageux, on effectue le traitement thermique en dépla çant. avec une vitesse constante, les corps solides à traiter à partir d'une première zone de chauffage, à température comprise entre 250 et 300;
; C. jusqu'à une zone de fin de chauffage à température comprise entre 60 et 80' C, en passant par une zone de chauffage intermédiaire dans laquelle règne un gradient de température correspondant à une variation progressive de la température, dans le sens de déplacement des corps solides entre la température de la première zone de chauffage et celle de la zone de fin de chauffage, les corps solides soumis au traitement thermique étant introduits en même temps que la chaux vive ou le mélange de chaux vive et de sel de calcium au début de la première zone de chauffage, par exemple en saupoudrant les corps solides par la chaux vive en poudre ou le mélange pulvérulent de chaux vive et de sel de calcium juste avant l'introduction des corps dans la première zone de chauffage.
Avantageusement, on utilise, pour effectuer le traitement thermique. un four rotatif tubulaire ayant un axe placé en position pratiquement horizontale, la matière soumise au traitement thermique étant introduite à l'extrémité de ce four correspondant à la première zone de chauffage, et la matière ayant subi le traitement thermique sortant du four au voisinage de son extrémité opposée. Le produit final est sous forme de blocs inertes et insolubles, par exemple des granulés cylindriques, composés presque exclusivement de matières minérales et ayant une structure similaire à celle des roches calcaires.
Ce produit est susceptible de nombreuses utilisations, notamment comme éléments de construction, revêtement ou remplissage dans les industries du bâtiment et du génie civil.
On va maintenant illustrer la mise en oeuvre du procédé au moyen d'exemples non limitatifs.
Exemple I
On reçoit directement des ordures municipales, essentiellement constituées de déchets d'origine ménagère, dans une trémie de réception qui alimente en continu, à vitesse constante, un broyeur primaire muni d'une cheminée balistique de 5 mètres de haut qui permet d'éjecter les blocs de matières solides éventuellement contenues dans les ordures, notamment les morceaux de ferraille ayant une masse de 50 grammes à 3 kilogrammes, et d'un dispositif antiexplosion (plaque de blindage).
A la sortie de ce broyeur, les ordures passent par un trommel de tamisage qui permet de sélectionner les morceaux ayant une grosseur maximale de 6 centimètres, le refus étant dirigé à nouveau vers la fosse primaire de réception. Les ordures ainsi sélectionnées sont dirigées sur un tapis roulant associé à un défériseur magnétique et à une poulie magnétique placée en tête de ce tapis afin de permettre de retirer toutes les particules de matières ferromagnétiques ayant pu rester dans les ordures provenant du broyage primaire. Les ordures ainsi traitées retombent ensuite dans un broyeur secondaire permettant de les réduire en particules ayant une grosseur moyenne de 2 à 30 millimètres.
On dirige ensuite la masse d'ordures broyées dans un mélangeur à rubans où on lui incorpore un liant préparé en mélangeant 10 parties en poids de farine de manioc et 2,5 parties en poids de solution aqueuse de soude à 32 Baumé et 2,5 parties en poids de solution aqueuse d'acide chlorhydrique à 32 Baumé dans 100 parties en poids d'eau, chauffage à 90" C, pendant un quart d'heure et séchage final du mélange, de manière à former un produit pulvérulent pratiquement sec. On obtient ainsi un mélange pulvérulent homogène que l'on introduit dans un granulateur rotatif dans lequel on forme des granulés cylindriques, ayant un diamètre de 5 millimètres et une longueur de 15 millimètres, par compression du mélange sous une pression de 600 bars.
Les granulés ainsi obtenus contiennent environ 30% en poids d'humidité.
On introduit, de manière continue, ces granulés ainsi qu'un mélange de chaux vive et de carbonate de calcium en quantité correspondant à 0,35% de chaux vive finement pulvérisée (granulométrie moyenne: 60 à 100 microns) et 0,35% de carbonate de calcium technique en poudre (granulométrie moyenne: 80 à 150 microns), contenant au moins 20% en poids de calcium, à l'entrée d'un four rotatif tubulaire ayant un diamètre de 1 mètre et une longueur de 9 mètres et une vitesse de rotation réglée de manière que le temps de passage de la matière traitée dans le four soit de l'ordre de 40 minutes.
Le four tubulaire est chauffé au moyen d'un brûleur à gaz disposé à son extrémité par laquelle on introduit les granulés et le mélange de chaux vive et de carbonate de calcium. Les granulés sont progressivement entraînés dans le four, au moyen d'une vis hélicoïdale placée à l'intérieur de celui-ci, et sortent à l'extrémité opposée à celle par laquelle on les introduit, la durée totale de séjour des granulés dans le four étant de 40 minutes.
Au cours de leur séjour dans le four, les granulés passent successivement dans une première zone de chauffage dans laquelle ils séjournent pendant 15 minutes à une température comprise entre 280 et 260 C, puis pendant 15 minutes dans une zone intermédiaire où la température décroît de manière approximativement linéaire entre 260 et 80 C et finalement pendant 10 minutes dans une zone de chauffage finale où ils sont maintenus entre 80 et 60 C.
Exemple 2
On procède comme dans l'exemple 1, mais en incorporant dans la masse broyée d'ordures, en même temps que le liant, une quantité de déchets de plâtre de construction telle que le rapport de la quantité de plâtre à la quantité totale d'ordures et de charges complémentaires constituées par ce plâtre soit égal à 30% en poids.