FR2711078A1 - Procédé et dispositif de traitement de déchets par vitrification. - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un procédé de traitement par vitrification, notamment en continu, de déchets pour partie toxiques et comprenant en quantité suffisante des composés aptes à générer la matrice vitreuse, procédé comportant une étape d'alimentation d'un dispositif de fusion (2) avec ces déchets, une étape de fusion sommaire desdits déchets à l'aide de moyens de chauffage (9) appropriés équipant le dispositif de fusion (2) et une étape de soutirage hors du dispositif de fusion de la phase fondue issue de la fusion des déchets.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE DECHETS PAR VITRIFI QTION
L'invention a trait à un procédé ainsi que son dispositif de mise en oeuvre destinés à traiter des déchets, notamment des déchets industriels pour partie toxiques, afin de les rendre inertes et sans danger pour l'environnement.
L'invention a trait à un procédé ainsi que son dispositif de mise en oeuvre destinés à traiter des déchets, notamment des déchets industriels pour partie toxiques, afin de les rendre inertes et sans danger pour l'environnement.
C'est en effet un problème qui se pose avec de plus en plus d'acuité que de savoir comment éviter que le stockage de déchets industriels n'entraîne le relargage progressif par ces derniers de composés toxiques, composés aussi bien de nature organique que minérale.
Cette préoccupation a d'ailleurs amené les pouvoirs publics à faire élaborer en France une norme expérimentale référencée AFNOR X 31-210, publiée en décembre 1992, et destinée à normaliser des tests de lixiviation sur déchets pour évaluer plus exactement l'amplitude de ce phénomène de relargage, généralement provoqué par un entraînement par les eaux.
Des solutions ont déjà été proposées pour résoudre ce problème, solutions préconisant différentes techniques de retraitement de déchets dont aucune ne donne pleinement satisfaction : Il est ainsi connu de mélanger ces déchets toxiques à des liants hydrauliques, technique intéressante en termes de coût mais qui n'est peut-être pas optimale quant à la fiabilité de ses résultats à long terme. En effet, les ciments présentent généralement un certain caractère de porosité, donc offrent une surface relativement importante d'échange avec l'extérieur, ce qui peut tendre à favoriser le relargage de ces composés.
Il est également connu de vitrifier les déchets toxiques ou nucléaires, c'est-à-dire de les introduire dans une composition de matières vitrifiables amenées à leur température de fusion. Si la technique de vitrification apparaît comme très fiable, en revanche elle est pénalisante en termes de coût puisqu'elle consomme une quantité significative de matières premières vitrifiables de carrière.
Le but de l'invention est alors de pallier ces différents inconvénients en proposant une méthode de traitement de déchets qui soit tout à la fois de coût réduit et de haute fiabilité, c'est-à-dire qui prive de manière sûre les déchets traités de leur capacité à relarguer des composés toxiques.
L'invention a tout d'abord pour objet un procédé de traitement par vitrification, de préférence en continu, de déchets pour partie toxiques et comprenant en quantité suffisante des déchets aptes à générer une matrice vitreuse. Le procédé comporte une étape d'alimentation du dispositif de fusion avec lesdits déchets, une étape de fusion sommaire de ceux-ci à l'aide de moyens de chauffage appropriés équipant le dispositif de fusion, puis une étape de soutirage hors du dispositif de la phase fondue issue de la fusion des déchets.
Dans le cadre de l'invention, on entend par vitrification tout traitement thermique de matériau(x) donnant naissance à un matériau vitreux qui peut cependant être partiellement ou même totalement céramisé.
Le procédé selon l'invention concilie qualité du retraitement et faiblesse de coût de mise en oeuvre : En effet, c'est par une vitrification que la fixation des composés toxiques est le plus efficace, les matrices vitreuses présentant une forte compacité, donc une surface d'échange minimale avec l'extérieur, et permettant de piéger au mieux toute substance toxique.
En outre, ce qui caractérise le procédé selon l'invention, c'est que la vitrification se fait essentiellement, voire uniquement, à partir de déchets à traiter qui contiennent donc déjà en eux-mêmes les oxydes dits "formateurs" et oxydes modificateurs dits "fondants" capables de créer ces matrices vitreuses. Cela signifie que le procédé n'implique pas ou peu la consommation de matières premières coûteuses de synthèse ou extraites de carrière et que son coût de fonctionnement ne repose plus que sur l'apport en énergie nécessaire à la fusion.
Le procédé peut fonctionner de manière discontinue, en alimentant le dispositif de fusion par des fournées successives de déchets. L'optimum, en termes de rendement, est cependant de choisir un fonctionnement en continu, en pré- voyant éventuellement des moyens de régulation en continu afin d'adapter en permanence le débit de soutirage de la phase fondue en fonction des variations de masse de déchets à enfourner.
I1 est à noter par ailleurs que, dans le contexte de l'invention, le terme de "fusion sommaire" utilisé signifie que l'on vise à porter les déchets à leur température de fusion puis à les soutirer le plus rapidement possible, afin de réduire au plus court le temps de fabrication des matériaux vitrifiés.
Il ne s'agit pas, contrairement à la fabrication de verre fondu de haute qualité destiné à alimenter par exemple des installations de formage de verre creux ou de verre plat, de faire nécessairement passer les déchets en fusion par différentes étapes ultérieures à la fusion elle-même, étapes du type affinage ou conditionnement thermique.
Il est ainsi préférable de limiter dans le procédé de fusion selon l'invention tout phénomène de moussage convectif au sein de la phase liquide, moussage connu comme technique d'affinage.
L'étape d'alimentation du dispositif de fusion peut se faire donc uniquement à partir d'un mélange de déchets provenant de différentes sources et présentant différents degrés de toxicité. Chacun de ces déchets peut se trouver indifféremment sous forme solide, liquide ou pâteuse, car le procédé de vitrification envisagé n'est pas exigeant quant à la forme des déchets à traiter.
Cette alimentation se fait en général à partir de divers déchets mélangés, comprenant une partie de déchets peu ou pas toxiques et constituant de préférence 40 à 60 % en poids du mélange, et une partie complémentaire constituée quant à elle de déchets considérés comme toxiques.
Les déchets peu ou pas toxiques sont notamment constitués d'au moins un des résidus industriels suivants sables de fonderies, laitiers de hauts-fourneaux, scories, mâchefers, tubes de télévision et calcins divers tels que des calcins de cristallerie. C'est usuellement cette catégorie de déchets qui va fournir la plus grande partie des oxydes formateurs et modificateurs nécessaires pour générer la matrice vitreuse.
Les déchets toxiques peuvent comporter par exemple au moins un des résidus suivants : tout type de résidus d'ordures ménagères notamment ceux communément désignés sous le terme de REFIOM (Résidus de l'Epuration des Fumées d'ici nération des Ordures Ménagères), tout type de résidus d'incinération de déchets industriels, notamment ceux désignés sous le terme de REFIDI (Résidus d'Epuration des
Fumées d'incinération de Déchets Industriels) des silicates, des émaux, des poussières d'électro-filtre ou de désulfuration, du calcin pollué, des boues sidérurgiques, des gâteaux de filtre-presse, et tous les oxydes et hydroxydes issus de l'industrie chimique.
Fumées d'incinération de Déchets Industriels) des silicates, des émaux, des poussières d'électro-filtre ou de désulfuration, du calcin pollué, des boues sidérurgiques, des gâteaux de filtre-presse, et tous les oxydes et hydroxydes issus de l'industrie chimique.
Il faut alors moduler au mieux la proportion relative entre d'une part les déchets toxiques à isoler impérativement et d'autre part les déchets peu ou pas toxiques mais néanmoins à retraiter, afin d'obtenir en final des produits à la fois vitrifiés et non polluants.
La fusion sommaire des déchets peut être notablement accélérée si elle comporte une action de dispersion des déchets au sein de la phase déjà fondue, au fur et à mesure de leur enfournement dans le dispositif de fusion. Cette action de dispersion, notamment obtenue par un brassage mécanique, facilite les échanges thermiques et l'homogénéisation de l'ensemble de la masse vitreuse. Elle produit également un renouvellement rapide de la matière en contact avec les électrodes dans le cas où le mode de chauffage adopté est une fusion électrique à l'aide d'électrodes immergées. Elle permet ainsi d'obtenir des débits de soutirage élevés avec des dispositifs de fusion néanmoins de capacité volumique relativement réduite.
Compte-tenu de la nature des déchets à traiter, leur fusion est obtenue par chauffage à des températures comprises en général entre 1200 et 14500C, notamment d'environ 1300 à 13500C.
Le temps de séjour moyen des déchets dans le dispositif de fusion est court, du fait d'une fusion sommaire éventuellement aidée par l'action de dispersion contrôlée précédemment mentionnée, et non nécessairement suivie de conditionnement et d'affinage rigoureux. Il peut être par exemple de l'ordre de 1 à 3 heures, notamment d'environ 2 heures.
Selon l'invention, on peut prévoir qu'avant l'introduction dans le dispositif de fusion, au moins une partie des déchets subisse au préalable un traitement thermique effectué à une température inférieure à la température de fusion desdits déchets. Ce traitement peut avantageusement prendre la forme d'une pyrolyse, et/ou d'une combustion réalisées notamment dans une gamme de températures allant de 600 à 900 C, et tout particulièrement à une température d'environ 800 à 8500C.
L'intérêt d'un tel pré-traitement est qu'il confère au procédé de traitement dans son ensemble une très grande souplesse d'utilisation, c'est-à-dire une très grande capacité à stadapter très vite à des fluctuations dans la composition des différents déchets fournis à traiter . En effet, il peut s'avérer préférable que certains déchets soient ainsi pré-traités, d'abord parce que les résidus obtenus, notamment les cendres obtenues après une pyrolyse, offrent un encombrement beaucoup plus réduit, ce qui peut être important si le dispositif de fusion que l'on envisage d'utiliser est lui-même de volume réduit. Par ailleurs, ce pré-traitement thermique peut débarrasser ces déchets de certains composés déjà volatils à des températures de 600 à 900"C, composés qui peuvent s'avérer polluants et que l'on a alors soin d'évacuer et de traiter en vue de leur dépollution. il permet également avantageusement de débarasser les déchets de leur teneur en eau, qui ne favorise pas une fusion optimale dans le dispositif de fusion.
On peut ainsi envisager, en fonction du type de déchets à traiter, d'alimenter le dispositif de fusion uniquement avec des déchets n'ayant subi aucun pré-traitement thermique de la sorte ou uniquement avec des déchets ayant subi le pré-traitement. On peut aussi adopter toute solution intermédiaire consistant å alimenter le dispositif de fusion pour partie avec des déchets pré-traités, et pour partie avec des déchets non pré-traités.
Lorsqu'au moins une partie des déchets est soumise à un pré-traitement thermique, il est préférable que ce pré- traitement puis la fusion ultérieure s'effectuent consécutivement. On préserve ainsi le mode de fonctionnement en continu du procédé de traitement dans son ensemble en s'épargnant une étape supplémentaire de stockage intermédiaire coûteuse en temps et en rencombrement.
Que ce soit en vue d'alimenter directement le dispositif de fusion ou en vue d'alimenter au préalable un dispositif approprié pour un pré-traitement thermique, les déchets, lorsqu'ils sont sous forme solide, présentent de préférence une granulométrie d'au plus 5 centimètres, notamment comprise entre 10 micromètres et 5 centimètres.
Pour ce faire, une étape préalable de broyage ou concassage mécanique peut s'avérer nécessaire.
Le procédé de traitement selon l'invention est à concevoir de manière à ne pas être polluant en lui-même. C'est la raison pour laquelle on prévoit avantageusement d'évacuer et de canaliser tous les effluents gazeux et/ou particulaires susceptibles d'être émis lors du pré-traitement thermique et/ou de la fusion, afin de leur faire subir si besoin est tous les traitements de dépollution appropriés. De fait, ces effluents se trouvent alors mis en conformité avec les normes en vigueur, notamment celles décrites dans la proposition de directive du Conseil de l'Europe concernant l'incinération de déchets dangereux, datant du 28 Juin 1993 et référencée ENV/93/4.
Ces effluents gazeux, notamment après leur traitement de dépollution, peuvent avantageusement être canalisés et dirigés vers des récupérateurs de chaleur afin de s'y épuiser thermiquement, ou à contre-courant à travers l'un au moins des flux d'alimentation. La chaleur ainsi restituée peut servir par exemple à pré-chauffer les déchets avant leur introduction dans le dispositif de fusion et/ou de traitement thermique.
Par ailleurs, le fait d'effectuer un drainage de fond de la phase fondue dans le dispositif de fusion peut permettre de récupérer des métaux sous forme liquide, qui, s'ils sont suffisamment purs, peuvent être recyclés et ainsi valorisés.
L'invention a également pour objet le dispositif de mise en oeuvre du procédé précédemment décrit. Ce dispositif est de préférence, dans son ensemble, substantiellement étanche vis-à-vis de l'atmosphère extérieure. "Etanche" signifie dans le contexte de l'invention qu'il n'a pas d'échanges gazeux notables entre l'atmosphère contenue dans les volumes définis par les différents appareillages destinés à recevoir les déchets et l'air ambiant. On évite ainsi toute propagation incontrôlée d'effluents dans l'air ambiant et on réduit toute perte calorifique.
Le dispositif selon l'invention comporte tout d'abord un dispositif de fusion comprenant un fondoir équipé d'au moins un moyen de chauffage, d'au moins un moyen d'agitation, d'un moyen d'alimentation en déchets, d'au moins un moyen de soutirage de la phase fondue et d'au moins un moyen d'évacuation et canalisation des effluents gazeux et/ou particulaires, et éventuellement d'au moins un moyen de drainage de fond.
La structure de ce fondoir ainsi que son mode de fonctionnement peuvent notamment s'inspirer de la description de la cuve dite de mélange donnée dans le brevet
EP-B-0 135 446.
EP-B-0 135 446.
Le fondoir selon l'invention présente des parois définissant un volume pouvant prendre différentes formes : il peut s' agir d'un volume cylindrique ou prismatique, notamment avec une base polygonale, et par exemple carrée, rectangulaire ou hexagonale.
Différents moyens de chauffage peuvent être adoptés
On peut choisir une fusion électrique, de préférence par effet Joule direct, c'est-à-dire par passage de courant électrique dans la masse à chauffer elle-même. Le plus pratique est dans ce cas de faire appel à des électrodes immergées dans la masse en fusion, électrodes soit suspendues soit traversant la sole du fondoir, éventuellement mobiles et notamment animées d'un mouvement de rotation.
On peut choisir une fusion électrique, de préférence par effet Joule direct, c'est-à-dire par passage de courant électrique dans la masse à chauffer elle-même. Le plus pratique est dans ce cas de faire appel à des électrodes immergées dans la masse en fusion, électrodes soit suspendues soit traversant la sole du fondoir, éventuellement mobiles et notamment animées d'un mouvement de rotation.
On peut également choisir un chauffage par flammes à l'aide de brûleurs disposés dans le fondoir au-dessus du niveau de la masse fondue ou immergés dans ce bain de verre. On peut aussi utiliser tout autre mode de chauffe par radiation.
Les moyens d'agitation peuvent être des électrodes elles-mêmes lorsqu'elles sont prévues pour être animées de mouvements de rotation. Ils peuvent aussi prendre la forme de tout dispositif mécanique, notamment suspendu, plongeant dans la masse fondue et animé d'un mouvement présentant au moins une composante de rotation d'axe vertical.
Avantageusement, le ou les moyens d'agitation et les électrodes, lorsqu'un mode de chauffe par fusion électrique est choisi, présentant une disposition mutuelle telle que le renouvellement de la matière au contact des électrodes soit significativement accéléré par rapport à celui que produirait la seule convection thermique non forcée.
Tout moyen d'alimentation en déchet peut être envisagé, à l'aide d'enfourneuses connues du type vis de composition, goulotte vibrante déversant les déchets au-dessus du niveau de la masse fondue ...
Quant aux moyens de soutirage de la phase liquide, on peut choisir tout mode d'extraction, par un orifice de soutirage, notamment en partie inférieure du fondoir, ou par un orifice de trop-plein en partie supérieure éventuellement associé à la présence d'une gorge sur-baissée.
Le débit de soutirage peut être contrôlé manuellement ou automatiquement, par exemple par un système d'auto-régulation.
Le dispositif de l'invention peut aussi avantageusement comporter un dispositif de traitement thermique du type pyrolyse et/ou combustion connecté à au moins un des moyens d'alimentation en déchets du fondoir. On assure ainsi un passage direct des déchets pré-traités, éventuellement réduits à l'état de cendres, d'un dispositif à l'autre. La connexion est réalisée par exemple à l'aide de conduits étanches vis-à-vis de l'atmosphère extérieure.
Prévoir une connexion préservant l'étanchéité entre les deux dispositifs est en effet important afin que tous les types d'effluents susceptibles d'être émis pendant l'une ou l'autre des étapes ne s'échappent pas sans contrôle dans l'atmosphère.
Le dispositif de traitement thermique est avantageusement du type de ceux désignés communément sous le terme de fours tournants, utilisés dans le domaine de la cimenterie et dont on adapte de manière appropriée les dimensions et le mode de fonctionnement.
Le fondoir peut alors être conçu de manière à être muni de premiers moyens d'alimentation directe en déchets et également de seconds moyens d'alimentation en déchets déjà pré-traités thermiquement dans le dispositif de traitement thermique adhoc, les alimentations pouvant être alternées ou simultanées.
Le dispositif dans son ensemble comporte également au moins un dispositif destiné à dépolluer les effluents gazeux et/ou particulaires émis lors du traitement thermique et/ou lors de la fusion des déchets. De préférence, il dispose d'un seul dispositif vers lequel sont canalisés les effluents émis lors des deux étapes. La dépollution, de manière connue, consiste notamment à filtrer ces effluents à l'aide d'électro-filtres puis à les faire réagir avec des substances chimiques différentes de compositions appropriées.
L'utilisation du procédé et du dispositif selon l'invention vise ainsi à vitrifier, (ou céramiser totalement ou partiellement) de manière fiable et rapide des déchets présentant différents degrés de toxicité afin qu'ils se conforment, une fois traités, aux normes en vigueur, notamment la norme AFNOR X31-210.
Les produits vitrifiés (ou céramisés partiellement ou totalement) ainsi obtenus ont notamment la composition chimique suivante
A) au moins 40 % en poids d'oxydes dits constituants
"majeurs" tels que
- 35 à 60 % en poids de SiO2
- 3 à 15 % en poids d'Al203
- 5 à 20 % en poids de Fe2O,
- 10 à 30 % en poids de CaO
- O à 10 % en poids de MgO
B) au plus 10 % en poids d'oxydes de métaux alcalins tels
que
- 0 à 5 % en poids de Na2O
- 0 à 5 % en poids de K,O
La masse complémentaire représente les composés en oxydes dits constituants "accessoires" et présentant éventuellement une toxicité plus ou moins sévère
C) - 0 à 5 % en poids de V205
- O à 5 % en poids de BeO
- 0 à 10 % en poids de ZnO
- 0 à 10 % en poids de ZrO2
- 0 à 10 % en poids de BaO
- 0 à 10 % en poids de CuO
- 0 à 5 % en poids de F
- 0 à 10 % en poids de NiO
- 0 à 10 % en poids de SrO
- O à 30 % en poids de PbO
- 0 à 5 % en poids de P > O,
- 0 à 5 % en poids de Cr2O3
- 0 à 5 % en poids de TiO2
- O à 5 % en poids de MnO
- 0 à 2 % en poids de SnOZ
- 0 à 5 % en poids de AsZO3
- 0 à 5 % en poids de Cd0
- 0 à 5 % en poids de Sb203 ainsi que différents composés tels que des sulfates, dérivés halogénés ou organiques résiduels.
A) au moins 40 % en poids d'oxydes dits constituants
"majeurs" tels que
- 35 à 60 % en poids de SiO2
- 3 à 15 % en poids d'Al203
- 5 à 20 % en poids de Fe2O,
- 10 à 30 % en poids de CaO
- O à 10 % en poids de MgO
B) au plus 10 % en poids d'oxydes de métaux alcalins tels
que
- 0 à 5 % en poids de Na2O
- 0 à 5 % en poids de K,O
La masse complémentaire représente les composés en oxydes dits constituants "accessoires" et présentant éventuellement une toxicité plus ou moins sévère
C) - 0 à 5 % en poids de V205
- O à 5 % en poids de BeO
- 0 à 10 % en poids de ZnO
- 0 à 10 % en poids de ZrO2
- 0 à 10 % en poids de BaO
- 0 à 10 % en poids de CuO
- 0 à 5 % en poids de F
- 0 à 10 % en poids de NiO
- 0 à 10 % en poids de SrO
- O à 30 % en poids de PbO
- 0 à 5 % en poids de P > O,
- 0 à 5 % en poids de Cr2O3
- 0 à 5 % en poids de TiO2
- O à 5 % en poids de MnO
- 0 à 2 % en poids de SnOZ
- 0 à 5 % en poids de AsZO3
- 0 à 5 % en poids de Cd0
- 0 à 5 % en poids de Sb203 ainsi que différents composés tels que des sulfates, dérivés halogénés ou organiques résiduels.
Comme déjà évoqué, il peut donc s'avérer utile de trier au départ sommairement les déchets à retraiter de manière à constituer des mélanges aboutissant à ce type de matériaux vitrifiés, présentant une quantité suffisante d'oxydes "majeurs" et d d'oxydes alcalins par rapport aux composés "accessoires" plus ou moins toxiques afin de pouvoir fixer au mieux ces derniers.
Les détails et caractéristiques avantageuses de 1'in- vention ressortent d'un mode de réalisation, non limitatif, suivant, illustré à l'aide de la figure 1, qui représente de manière très schématique et simplifiée un dispositif de retraitement de déchets en coupe transversale.
Ce dispositif comprend globalement un four tournant 1 du type de ceux utilisés dans l'industrie de la cimenterie mais de dimensions beaucoup plus réduites, un fondoir 2 et un dispositif 3 de dépollution d'effluents.
Le four tournant 1 est composé d'un tuyau cylindrique tournant autour de son axe longitudinal à l'aide d'un système de chaînes mu par un moteur et non représenté. Le tuyau est métallique, garni sur ses parois internes en matériaux réfractaires. Son diamètre extérieur est d'environ 30 à 60 centimètres et sa longueur totale d'environ 1 à 2 mètres. Son axe longitudinal présente une certaine inclinaison par rapport à l'horizontale de manière à faciliter l'écoulement des cendres, par simple gravité, en direction du fondoir 2.
A son extrémité amont, est prévu un moyen d'alimentation en déchets 5, ici une trémie 4 qui présente l'avantage d'éviter tout échange gazeux entre l'atmosphère du tuyau et l'atmosphère extérieure. Les déchets 4 sont pyrolysés à l'aide de brûleurs non représentés disposés dans le tuyau à l'une ou l'autre de ses extrêmités.
Les cendres 6 s'écoulent progressivement par gravité dans le tuyau et se déversent dans le fondoir 2 à la surface 7 de la phase liquide déjà en fusion. Le raccordement entre le tuyau 1 et le fondoir 2 se fait à l'aide de conduits 14 traversant le couvercle 13 du fondoir 2, de manière étanche là encore.
ce fondoir est également muni d'un moyen d'alimentation directe en déchets, ici une enfourneuse symbolisée par la vis de composition 8 percée dans une paroi latérale et qui déverse les déchets également au-dessus du niveau 7 de la phase liquide, sensiblement dans la même zone où se déversent les cendres 6. Le fondoir 2 peut être alternativement ou conjointement alimenté en cendres 6 par le conduit 14 et/ou en déchets "directs" par la vis de composition 8.
ce fondoir est également muni d'un moyen d'alimentation directe en déchets, ici une enfourneuse symbolisée par la vis de composition 8 percée dans une paroi latérale et qui déverse les déchets également au-dessus du niveau 7 de la phase liquide, sensiblement dans la même zone où se déversent les cendres 6. Le fondoir 2 peut être alternativement ou conjointement alimenté en cendres 6 par le conduit 14 et/ou en déchets "directs" par la vis de composition 8.
Le fondoir 2 définit donc une cuve, ici de section carrée ou hexagonale et tapissée à l'intérieur de matériaux réfractaires appropriés. La cuve définit une capacité volumique ici d'approximativement 1 mètre cube, et sa sole a une forme de pyramide inversée. (Si la cuve est cylindrique, elle prend avantageusement la forme d'un cône inversé). Le fondoir est muni d'une pluralité d'électrodes 9 en graphite ou en molybdène pouvant être refroidies grâce à une circulation d'eau, alimentées en courant électrique et suspendues grâce à des moyens de fixation traversant les parois latérales du fondoir.
Ce fondoir est équipé d'un organe de brassage 10 constitué d'un arbre traversant le couvercle 13 du fondoir et s'achevant dans la phase liquide en une pluralité de pales. L'arbre est animé d'un mouvement de rotation, avec éventuellement une inversion périodique du sens de rotation, grâce à un moteur extérieur non représenté.
Le fondoir est muni d'un drain de fond 11 constitué d'un simple orifice pratiqué dans la sole au sommet de la pyramide inversée qu'elle forme, orifice qui permet d'évacuer des métaux lourds liquides éventuellement valorisables. La forme pyramidale de la sole précédemment mentionnée facilite ainsi avantageusement leur évacuation par ce drain.
La phase liquide s'évacue par l'orifice 12, en partie supérieure, par un système de trop-plein facilité par la présence de la gorge 18.
Le couvercle 13 du fondoir 2 est percé d'un autre orifice débouchant dans un conduit 15. Le couvercle 13' du fondoir 2 qui se trouve au-dessus de la masse liquide en aval de la gorge 18 est également percé d'un orifice débouchant dans un conduit rejoignant le conduit 15. De même, le tuyau du four tournant 1 débouche dans sa partie aval dans un conduit 16. Ces deux conduits 15, 16 se rejoignent pour relier le dispositif de dépollution 3. Ainsi, les effluents gazeux et/ou particulaires émis aussi bien lors de la pyrolyse dans le four tournant 1 que lors de la fusion dans le fondoir 2 sont rassemblés et canalisés par ces différents conduits pour etre dépollués. Le dispositif de dépollution 3 est représenté de manière très symbolique à la figure 1. I1 comporte une succession d'électro-filtres destinés à piéger les particules puis une succession de bains au travers desquels les effluents gazeux doivent passer et/ou des charbons actifs ou tout autre système catalytique.
Au moins un de ces bains comporte notamment une solution alcaline, par exemple obtenue avec de la chaux. Sont ainsi piégées toutes les poussières toxiques et tous les gaz qui ont pu se dégager et qui présentent une certaine toxicité, comme le SO2, les NOX, les composés organiques volatils du type dioxine ou furanne.
En termes de procédé1 le dispositif tel qu'illustré à la figure 1 est apte à produire de 10 à 20 tonnes par jour de matière vitrifiée, ce qui est un très bon rendement vu les dimensions modestes des deux dispositifs 1 et 2. Bien sûr, des dispositifs de dimensions beaucoup plus importantes donnent également pleinement satisfaction et permettent d'atteindre des tirées plus élevées.
Ici, le temps de séjour moyen des déchets dans le fondoir est d'environ 2 heures.
La température de pyrolyse dans le four tournant 1 est d'environ 850"C et la température de la masse en fusion dans le fondoir 2 est d'environ 13500C, température finalement assez peu élevée mais suffisante notamment grâce à l'efficacité du brassage obtenu par l'organe mécanique 10 et/ou à la présence en quantité suffisante de fondants contenus dans les déchets à traiter.
Le fondoir 2 est dépourvu de tout compartiment supplémentaire d'affinage ou d'homogénéisation thermique ou chimique, puisque l'objectif est un traitement rapide et efficace et non pas la production de verre fondu de qualité extrême. On peut limiter au mieux le moussage dans la cuve du fondoir, notamment par ajustement de la puissance de chauffe des électrodes 9 et/ou de l'intensité du brassage de l'organe 10.
il est à remarquer que les modes d'alimentation choisis pour le four 1 et le fondoir 2, ainsi que leur connexion mutuelle, sont conçus afin de préserver au mieux l'étanchéité de l'ensemble vis-à-vis de l'atmosphère extérieure, et que les effluents sont soigneusement canalisés.
il est à remarquer que les modes d'alimentation choisis pour le four 1 et le fondoir 2, ainsi que leur connexion mutuelle, sont conçus afin de préserver au mieux l'étanchéité de l'ensemble vis-à-vis de l'atmosphère extérieure, et que les effluents sont soigneusement canalisés.
Le procédé évite donc au maximum toute propagation d'effluents toxiques non contrôlée.
En conclusion, le procédé et le dispositif selon l'invention sont relativement simples de mise en oeuvre, s'adaptent aisément et rapidement au retraitement de déchets quelles que soient leur nature et leur quantité, ne présentent pas de danger pour l'environnement et garantissent l'obtention de matières vitrifiées conformes aux normes en vigueur.
Claims (22)
1. Procédé de traitement par vitrification, notamment en continu, de déchets pour partie toxiques et comprenant en quantité suffisante des composés aptes à générer la matrice vitreuse, procédé comportant une étape d'alimentation d'un dispositif de fusion (2) avec ces déchets, une étape de fusion sommaire desdits déchets à l'aide de moyens de chauffage (9) appropriés équipant le dispositif de fusion (2) et une étape de soutirage hors du dispositif de fusion de la phase fondue issue de la fusion des déchets.
2. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'alimentation du dispositif de fusion (2) se fait uniquement à partir d'un mélange de déchets présentant différents degrés de toxicité, chacun desdits déchets étant sous forme solide, liquide ou pâteuse.
3. Procédé de traitement selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape d'alimentation du dispositif de fusion se fait à partir de déchets dont une partie, formant notamment 40 à 60 % en poids de la masse totale des déchets, est constituée de déchets peu ou pas toxiques et dont la partie complémentaire est constituée de déchets toxiques.
4. Procédé de traitement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie des déchets peu ou pas toxiques comporte au moins un des composés suivants : sables de fonderie, laitiers de hauts-fourneaux, scories, mâchefers, tubes de télévision, calcins divers, tels que des calcins de cristallerie.
5. Procédé de traitement selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que la partie des déchets toxiques comporte au moins un des composés suivants : résidus d'incinération d'ordures ménagères du type
REFIOM, résidus d'incinération de déchets industriels du type REFIDI silicates et émaux, poussières d'électrofiltre et de désulfuration, calcin pollué, boues sidérurgiques, gâteaux de filtre-presse, oxydes et hydroxydes issus de l'industrie chimique.
6. Procédé de traitement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de fusion sommaire comporte une action de dispersion, notamment obtenue par un brassage mécanique, des déchets introduits dans le dispositif de fusion (2) au sein de la phase déjà fondue.
7. Procédé de traitement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fusion des déchets est obtenue par chauffage à une température comprise entre 1200 et 14500C, notamment d'environ 1300 et 13500C.
8. Procédé de traitement selon lsune des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de séjour moyen des déchets dans le dispositif de fusion (2) est de l'ordre de 1 à 3 heures, notamment d'environ 2 heures.
9. Procédé de traitement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie des déchets subit, avant son introduction dans le dispositif de fusion, un traitement thermique effectué à une température inférieure à leur température de fusion, notamment un traitement du type pyrolyse effectué à une température comprise entre 600 et 9000C, notamment d'environ 800 à 8500C.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le traitement thermique et la fusion s'effectuent consécutivement.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les déchets à traiter, lorsqu'ils sont sous forme solide, ont une granulométrie comprise entre 10 micromètres et 5 centimètres.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable de broyage ou concassage des déchets sous forme solide.
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les effluents sous forme gazeuse et/ou particulaire émis lors de la fusion et/ou du traitement thermique préalable sont évacués, canalisés puis traités en vue de leur dépollution.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les effluents gazeux émis lors de la fusion et/ou du traitement des déchets, sont, une fois évacués, canalisés vers des récupérateurs afin de les épuiser thermiquement.
15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on effectue un drainage de fond de la phase fondue dans le dispositif de fusion (2).
16. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est substantiellement étanche vis-à-vis de l'atmosphère extérieure et en ce qu'il comporte un dispositif de fusion comprenant un fondoir (2) équipé d'au moins un moyen de chauffage (9), d'au moins un moyen d'agitation (10), d'au moins un moyen d'alimentation en déchets (14, 8), d'au moins un moyen de soutirage (12) de la phase fondue issue de la fusion de déchets, d'au moins un moyen d'évacuation et de canalisation (15, 16) d'effluents gazeux et/ou particulaires et éventuellement d'au moins un moyen de drainage de fond (11).
17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de traitement thermique (1) du type pyrolyse et/ou combustion connecté à au moins un des moyens d'alimentation (14) en déchets du fondoir (2), afin d'assurer un passage direct des déchets du dispositif de traitement thermique (1) dans le dispositif de fusion.
18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que le dispositif de traitement thermique (1) est du type des fours tournants utilisés en cimenterie.
19. Dispositif selon l'une des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce que le fondoir (2) est muni de premiers moyens d'alimentation (8) directe en déchets et de seconds moyens d'alimentation (14) en déchets (6) déjà pré-traités dans le dispositif de traitement thermique (1) adhoc.
20. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de traitement (3) destiné à dépolluer les effluents gazeux et/ou particulaires émis lors de la fusion et/ou du traitement thermique préalable des déchets.
21. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 15 ou du dispositif selon l'une des revendications 16 à 20 pour vitrifier des déchets industriels présentant différents degrés de toxicité afin qu'ils se conforment, une fois vitrifiés, aux normes en vigueur, notamment la norme AFNOR X31-210.
22. Produits vitrifiés ou partiellement ou totalement céramisés obtenus conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'ils comprennent:
A) 35 à 60 % en poids de SiO2
3 à 15 % en poids d'Al203
5 à 15 % en poids de Fe 2 3
10 à 30 % en poids de CaO
O à 10 % en poids de MgO
B) 0 à 5 % en poids de Na2O
0 à 5 % en poids de K2O
C) O à 15 % en poids de V205
0 à 5 % en poids de BeO
0 à 10 % en poids de ZnO
0 à 10 % en poids de ZrO2
0 à 10 % en poids de BaO
0 à 10 % en poids de CuO
0 à 5 % en poids de F
O à 10 % en poids de NiO
0 à 10 % en poids de SrO
0 à 30 % en poids de PbO.
0 à 5 % en poids de Sb20
0 à 5 % en poids de CdO
0 à 5 % en poids de As203
0 à 2 % en poids de SnO2
0 à 5 % en poids de MnO
0 à 5 % en poids de TiO2
0 à 5 % en poids de Cr2O3
0 à 5 % en poids de P205
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|---|---|---|---|
| FR9312206A FR2711078B1 (fr) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | Procédé et dispositif de traitement de déchets par vitrification. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR9312206A FR2711078B1 (fr) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | Procédé et dispositif de traitement de déchets par vitrification. |
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR2711078A1 true FR2711078A1 (fr) | 1995-04-21 |
| FR2711078B1 FR2711078B1 (fr) | 1995-12-08 |
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|---|---|---|---|
| FR9312206A Expired - Fee Related FR2711078B1 (fr) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | Procédé et dispositif de traitement de déchets par vitrification. |
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| FR (1) | FR2711078B1 (fr) |
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| EP0135446A1 (fr) * | 1983-09-14 | 1985-03-27 | Saint Gobain Vitrage International | Procédé et dispositif pour elaboration de verre fondu, et applications de ce dispositif |
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| EP0417520A1 (fr) * | 1989-09-15 | 1991-03-20 | Aug. Horn Söhne Inh. Helmut Horn KG | Procédé et dispositif d'élimination non polluante des résidus nuisibles à l'environnement |
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| EP0509250A1 (fr) * | 1991-04-13 | 1992-10-21 | Beteiligungen Sorg GmbH & Co. KG | Procédé et dispositif pour la vitrification non-polluante des résidus solides ou liquides d'installations d'incinération de déchets spéciaux |
| EP0545804A1 (fr) * | 1991-12-05 | 1993-06-09 | Constructions Industrielles De La Mediterranee- Cnim | Procédé et installation pour la vitrification ou la mise en fusion de résidus solides provenant de l'épuration des fumées issues d'un four d'incinération |
-
1993
- 1993-10-14 FR FR9312206A patent/FR2711078B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2711078B1 (fr) | 1995-12-08 |
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