CH684191A5 - Procédé et installation pour le traitement des résidus industriels de gypses de synthèse. - Google Patents
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Description
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CH 684 191 A5
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Description
On sait actuellement qu'un énorme problème de stockage des déchêts de gypses de synthèse se pose dans le monde entier. Ces entreposages présentent les nuisances suivantes essentielles:
- nuisance dûe aux sulfates qui, sous forme colloïdale suivent les mouvements des eaux souterraines
- nuisance dûe aux «impuretés» contenues dans ces gypses et principalement composées par les fractions non récupérées du produit élaboré de l'usine productrice
- nuisance dûe à l'acidité des Iixiviats, susceptible de remobiliser les métaux, notamment les métaux lourds.
D'une façon générale il est difficile, voire impossible, de faire disparaître un corps gênant; il convient donc de transformer ces boues, en l'espèce, en un matériau inerte analogue somme toute aux roches minérales dont beaucoup sont issues.
Pour n'entraîner aucune nuisance un corps doit être:
- solide, pour qu'il ne se répande pas hors du lieu où il a été déposé
- inerte chimiquement et en particulier insoluble, d'une part parce qu'un corps «insoluble» n'est pratiquement jamais toxique ne pouvant être assimilé par des organismes vivants, et d'autre part parce que les eaux de ruissellement peuvent alors être au contact de ce corps sans modification de leur composition.
Une telle transformation de résidus industriels toxiques en un matériau inerte constitue un traitement ultime et d'une complète nouveauté.
La présente invention est relative à un procédé et à sa mise en œuvre dans une installation permettant l'élimination quasi-totale de ces trois nuisances principales pour aboutir à une variété d'an-hydrite.
Selon la présente invention, le procédé consiste dans une première phase à concentrer une partie des impuretés et une partie de l'acidité dans la vapeur issue d'un four à microondes, cette vapeur condensable étant remise à disposition des industriels qui pourront en extraire les impuretés et neutraliser les acides, puis, dans une seconde phase, à transformer, dans un flux d'air chaud, les gypses de synthèse en un produit quasi insoluble dont la prise en masse définitive assure la séquestration des impuretés résiduelles. La réhydratation ne pouvant intervenir qu'une seule fois il est indispensable d'éviter que le flux de vapeur produit par la déshydratation d'une molécule arrive au contact d'une autre déjà déshydratée.
Un autre but de la présente invention est de fournir une installation permettant la fabrication d'anhydrite à partir de gypses résiduels de synthèse.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir une installation de traitement des déchêts industriels à base de gypse de synthèse.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir des unités mobiles pour ce traitement.
L'invention porte sur un procédé de traitement des gypses industriels de synthèse permettant d'éviter que le flux de vapeur produit par la déshydratation d'une molécule donnée arrive au contact d'une autre molécule déjà déshydratée. Ce procédé permet d'obtenir un produit dépollué s'analysant en une variété d'anhydrite proche du plâtre. Ces résidus industriels présentent, dans leur entreposage, les nuisances suivantes essentiellement dues aux sulfates qui, sous forme colloïdale, suivent les mouvements des eaux souterraines, mais dues aussi aux «impuretés» contenues dans ces gypses et principalement composées par les fractions non récupérées du produit élaboré de l'usine productrice, et enfin dues à l'acidité des Iixiviats susceptible de remobiliser les métaux, notamment les métaux lourds. Il convient donc de concentrer une partie des impuretés et de l'acidité dans une vapeur que l'on récupérera, puis de transformer, par traitement thermique, les sulfates en un produit quasi insoluble dont la prise en masse assure la séquestration des impuretés industrielles.
Les déchets gypseux sont toujours rejetés sous forme de boue. Après ressuyage, on dispose d'un produit compact, aggloméré en blocs cohérents dont la taille peu être ramenée aux alentours du centimètre par simple secouement. La dessication se fait par chauffage des déchets au moyen de micro ondes qui ont la caractéristique de ne chauffer efficacement que l'eau d'imbibition (non liée chimiquement) et ont également la propriété de sécher des matériaux en partant de leur centre. Ainsi le flux de vapeur ne traverse que des molécules encore hydratées et la consommation d'énergie est minimale puisque c'est l'eau elle-même (donc le gypse) qui chauffe et non pas la structure du four, et permet notamment une alimentation en continu. La température à l'intérieur de la zone de cuisson doit varier entre 105°C et 120°C. Les vapeurs sont récupérées par condensation et remises à disposition des industriels qui pourront en neutraliser les acides et extraire les impuretés.
Le produit obtenu après cette première phase est sec et très friable.
La dessication complète s'obtient par chauffage de la poudre précédemment obtenue. Il est nécessaire que le produit à traiter présente la plus grande surface d'échange thermique possible. Le procédé relatif à cette seconde phase consiste à traiter la poudre dans un courant d'air chauffé entre 180°C et 200°C et à une vitesse suffisante pour maintenir la poudre en suspension pendant le temps nécessaire pour que l'équilibre thermique soit atteint, sachant que la première molécule d'eau s'échappe aux alentours de 128°C et la seconde molécule aux alentours de 163°C.
Le produit se divise facilement en poudre friable mais l'insertion en tête de circuit d'un broyeur en continu à barres permet d'affiner les blocs résiduels de matière à traiter. Au terme de cette seconde phase, le produit est débarrassé de son eau de constitution de telle sorte qu'on peut parler d'une «anhydrisation».
Le produit obtenu par ce procédé présente les caractéristiques d'un liant hydraulique particulièrement performant proche d'une variété de plâtre à haute résistance.
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Ce procédé présente l'avantage de n'avoir besoin d'aucun apport chimique.
Ce procédé présente aussi l'avantage de permettre le traitement des boues présentant moins de 70% d'hygrométrie sans préparation préalable.
Ce procédé présente encore l'avantage de permettre une dépollution quasi intégrale des résidus industriels sans générer aucune pollution dans le fonctionnement de son installation de traitement.
Ce procédé présente la caractéristique d'être faiblement consommateur d'énergie électrique.
Ce procédé présente l'avantage d'occasionner un effort mécanique quasi-nul, donc de préserver l'usure et la déformation des pièces de l'installation.
Le procédé conforme à l'invention est mis en œuvre dans une installation combinant les moyens suivants:
Les résidus à traiter sont chargés automatiquement dans une trémie. Celle-ci déverse une quantité de résidus déterminée par un système de pesage dans un four de cuisson (1).
Le four de cuisson (1) relève du principe du four tunnel, c'est à dire que les produits à cuire sont introduits par intermittences dans la zone de cuisson qui sera fermée hermétiquement à ses deux extrémités. Ce four se compose d'une zone de cuisson qui utilisera l'énergie fournie par des générateurs d'ondes électromagnétiques. Cette zone sera fermée de manière étanche par deux portes situées l'une (2) en zone haute, l'autre (3) en zone basse. Cette zone de cuisson est utilement équipée d'un condenseur des vapeurs (4) acides aux fins de recyclage. Un thermo-couple et un testeur d'humidité équipent utilement cette zone de cuisson. L'ouverture et la fermeture de ces deux portes sont commandées par des vérins synchrones.
Au sortir de la zone de cuisson le produit séché est convoyé par un système en continu (5) qui alimente par gravité un silo de régulation de débit (6).
Ce silo est fabriqué en acier inoxydable. Sa forme est conique. Il est vertical avec une grande ouverture en haut et une ouverture plus petite en bas. Ce silo est doté, à l'intérieur, d'une vis hélicoïdale (7) sans fin qui permet de réguler le flux d'écoulement du produit séché vers la zone basse d'évacuation. La bouche basse de sortie est dotée d'une trémie réglable (8) permettant de modifier à volonté le débit du produit séché. Ce silo n'a pas besoin d'être chauffé directement: il travaille simplement en zone de température dirigée.
Le produit séché est éjecté du silo de régulation selon le flux maîtrisé et, par simple gravitation, passe au travers d'un désagrégeur-tamiseur situé immédiatement au dessous de la trémie réglable. (9)
Ce produit séché et tamisé est soumis au courant d'air chaud d'un ventilateur à pales (10) qui crée un flux pneumatique permettant le transport du produit séché en ambiance chauffée à 200°C. En arrière de ce ventilateur, à l'entrée d'air frais, se trouve une résistance électrique (11) destinée à réchauffer l'air appelé. Ce flux d'air propulse le produit séché en poudre au travers d'un broyeur-chauffant.
Le flux d'air créé par le ventilateur permet le transport du produit séché en poudre au travers d'un broyeur en continu (12). Ce broyeur de forme cylindrique a une longueur proportionnelle à la vitesse de transport de la poudre pour que l'équilibre thermique soit atteint. Le cylindre est entraîné dans un mouvement de rotation par deux engrenages (13) à chacune de ses extrémités. A l'intérieur du cylindre se trouvent des rouleaux d'acier inoxydable reposant sans contrainte au fond du cylindre et libres de tout mouvement. L'intérieur du cylindre est porté à la température requise par un ensemble de résistances électriques (14) disposées sur la surface externe du cylindre avec lequel elles font corps.
Sous une autre forme le chauffage de ce cylindre broyeur peut être effectué en remplaçant les résistances électriques par un liquide polaire à l'intérieur d'un cylindre à double parois isolées, ne bouillant qu'au dessus de 250°C, cette installation présentant l'avantage d'un rendement énergétique supérieur à l'installation précédemment décrite.
Selon une autre forme d'éxécution le système de chauffage constitué alors par un brûleur peut se situer en arrière du ventilateur à pales, le cylindre étant alors seulement doté d'aspérités sur toute la longueur de sa surface intérieure.
Pour assurer, quel que soit le cas de figure, une plus grande fluidité du transport du produit en poudre, ce cylindre-broyeur est monté sur un châssis orientable (15). Pour éviter que les rouleaux de broyage tombent du cylindre incliné, par l'effet de la rotation, l'extrémité basse du cylindre est partiellement fermée par un disque percé d'évacuations (16) permettant à la poudre de s'en extraire. Ce disque est utilement doté d'une ceinture intérieure sur son diamètre le plus faible évitant ainsi aux rouleaux broyeurs de sauter hors du cylindre en mouvement. Sur une longueur de 10 cm précédant cette même extrémité basse, le cylindre est percé sur ses parois de trous d'évacuations identiques.
Un système de récupération (17) des vapeurs résiduelles se trouve au point le plus bas du cylindre dés après la sortie du produit. Un avantage important de l'utilisation d'un flux d'air est, aussi, qu'il assure la vidange complète de l'installation sans aucun problème technique.
Le produit séché est récupéré au sortir du cylindre broyeur-chauffant par une canalisation en acier inoxydable qui rabat le flux pneumatique vers le bas en direction d'un bac de stabulation ou d'un tapis de convoyage.
Selon une première forme d'exécution, l'installation conforme à l'invention comporte un seul four à micros ondes et un seul cylindre broyeur-chauffant. Elle peut toutefois aussi en comporter encore plus selon les exigences de production. Ainsi conformément à une autre forme d'exécution, l'installation comporte alors plusieurs fours à micro ondes disposés en «étoile» autour d'un silo qui distribue le produit séché à autant de cylindres broyeur-chauffants également disposés en «étoile».
Le réglage de cette installation, quelle qu'en soit sa forme, présente une grande simplicité puisque la seule variable est le taux d'hygrométrie du produit à traiter. A titre indicatif un cylindre broyeur-chauffant de 1,20 m de diamètre présentant une longueur uti5
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le de 4 m demande un ventilateur générant 55 m3 par heure de débit pour générer 10 tonnes/heure de produit fini à partir du traitement d'environ 30 tonnes de déchêts contenant 70% d'humidité.
Claims (14)
1. Procédé de traitement des résidus de gypses de synthèse afin d'obtenir un matériau permettant la séquestration des impuretés résiduelles, caractérisé en ce qu'il est procédé à:
- la dessication de la matière à traiter par cuisson au moyen d'ondes électromagnétiques dans une zone de température comprise entre 105°C et 120°C
- la récupération par condensation des vapeurs émises
- le traitement de la matière desséchée par gravitation dans un courant d'air chauffé entre 180°C et 200-C
2. Procédé selon la revendication 1 pour l'obtention d'un matériau inerte sous forme d'anhydrite.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la matière à traiter est soumise à une opération de pesage.
4. Installation pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend un four tunnel chauffé au moyen d'ondes électromagnétiques permettant d'atteindre des températures comprises entre 105°C et 120cC.
5. Installation selon la revendication 4 caractérisée en ce que le four de cuisson est équipé d'un condenseur de vapeurs.
6. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 et 5 caractérisée en ce que la zone de cuisson du four dans laquelle la matière à traiter est introduite, comprend deux portes étanches aux ondes électromagnétiques.
7. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisée en ce qu'elle comprend un silo de régulation doté d'une vis hélicoïdale sans fin permettant de réguler le flux d'écoulement du produit séché vers la partie basse au moyen d'une trémie réglable.
8. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisée en ce qu'elle comprend un désagrégeurt-amiseur.
9. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de flux pneumatique en ambiance chauffée dans une zone de températures comprises entre 180°C et 200°C.
10. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 9 caractérisée en ce qu'elle comprend un broyeur à barres en rotation, doté de résistances électriques disposées sur sa surface externe avec laquelle elles font corps.
11. Installation selon la revendication 10 caractérisée en ce que le broyeur à barres cylindrique comprend un cylindre à double parois isolées renfermant un liquide polaire ne bouillant qu'au dessus de 250°C.
12. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11 caractérisée en ce que le broyeur chauffant est monté sur un châssis orientable.
13. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 12 caractérisée en ce que le broyeur chauffant à barres est partiellement fermé en sa partie basse par un disque percé de trous d'évacuations permettant à la poudre de s'en extraire.
14. Installation selon la revendication 13 caractérisée en ce qu'un système de récupération des vapeurs résiduelles équipe le point bas du cylindre broyeur chauffant.
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