FR2751569A1 - Reprocessing sludge from cement manufacturing - Google Patents

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Abstract

Reprocessing sludge from cement manufacturing, comprises: (a) a filtration stage in which the aggregates and the hydraulic binders are separated, as well as the fine materials; (b) a decantation stage during which the hydraulic binders are deposited in fine layers; (c) a homogenisation stage in which the composition of the aqueous mixture and of the binders is adjusted; and d) a stage in which the aqueous mixture set aside downstream of the homogenisation stage is transferred upstream of a process for the re-utilisation of this mixture. The installation used to put this method into service is also claimed.

Description

La présente invention est relative à un procédé de retraitement des boues issues de la fabrication des bétons industriels. The present invention relates to a process for the reprocessing of sludge from the manufacture of industrial concrete.

Elle vise notamment un procédé permettant, après retraitement, la réutilisation des boues et plus particulièrement la récupération des fractions solides en agrégats et en liants hydrauliques qui proviennent naturellement de l'utilisation des bétons lors des chantiers de construction, en vue de leur ré incorporation en amont du procédé de fabrication de ces bétons. It relates in particular to a process allowing, after reprocessing, the reuse of sludge and more particularly the recovery of solid fractions in aggregates and in hydraulic binders which naturally come from the use of concrete during construction sites, with a view to their re-incorporation into upstream of the manufacturing process for these concretes.

La présente invention vise également une installation permettant la mise en oeuvre de ce procédé. The present invention also relates to an installation allowing the implementation of this method.

En effet, un béton de construction se décompose, outre la fraction aqueuse, d'une fraction solide en mélange qui comporte quant à elle un liant hydraulique, notamment des particules de ciment dont la taille est voisine de quelques dizaines de microns, des particules moyennes composées généralement de grains de silice dont le diamètre est compris entre 0 et 5 mm, et des agrégats tels des graviers dont le diamètre est compris dans une fourchette de 5 à 20 mm. In fact, a building concrete decomposes, in addition to the aqueous fraction, a solid fraction in mixture which includes a hydraulic binder, in particular cement particles whose size is close to a few tens of microns, medium particles generally composed of silica grains whose diameter is between 0 and 5 mm, and aggregates such as gravel whose diameter is between 5 and 20 mm.

La composition massique moyenne d'l m3 de béton comporte environ 130 kg d'eau, 400 kg de liant hydraulique 1.700 kg d'agrégats et on estime que pour une production de 50 000 m3 de béton, 2 000 m3 ne seront pas employés et seront rejetés et stockés en décharge. Ce produit est composé en fait de matière noble, et constitué essentiellement de liants hydrauliques et d'agrégats, qui s'ils étaient récupérés, pourraient être réutilisés en amont du procédé d'élaboration du béton. The average mass composition of 1 m3 of concrete comprises approximately 130 kg of water, 400 kg of hydraulic binder 1,700 kg of aggregates and it is estimated that for a production of 50,000 m3 of concrete, 2,000 m3 will not be used and will be rejected and stored in landfill. This product is actually made of noble material, and consists essentially of hydraulic binders and aggregates, which if they were recovered, could be reused upstream of the concrete preparation process.

A l'heure actuelle, le béton est couramment livré sur son lieu d'utilisation en toupies qui sont vidées in situ et qu'il convient de nettoyer avant chaque rechargement. Currently, concrete is commonly delivered to its place of use in routers which are emptied in situ and which should be cleaned before each reload.

Ce type d'opération de lavage d'une toupie génère approximativement 200 1 de matière noble qui ne sont pas utilisés et classiquement rejetés à l'égout ou en zone de stockage (carrière, décharge etc...). This type of washing operation of a router generates approximately 200 liters of noble material which is not used and conventionally rejected in the sewer or in the storage area (quarry, discharge, etc.).

La législation pour le respect de l'environnement, aussi bien au niveau national que communautaire, tend à limiter et à interdire pour le futur les rejets "sauvages" des boues issues des bétons. Legislation to respect the environment, both at national and Community level, tends to limit and prohibit for the future "wild" discharges of sludge from concrete.

A l'heure actuelle, les "bétonniers" stockent dans des bassins de rétention ces boues qui, après décantation, sont récupérées dans un état semi-solide et compact, et stockées là encore en carrière et quelquefois réutilisées pour former des soubassements de chemins. At present, the "concrete mixers" store in sludge tanks these sludges which, after decantation, are recovered in a semi-solid and compact state, and stored there again in quarry and sometimes reused to form the foundations of paths.

Il n'existe pas à proprement parler de filières de récupération en vue de la réutilisation des matières nobles que l'on pourrait retirer de ces boues. Strictly speaking, there are no recovery channels for the reuse of the noble materials that could be removed from this sludge.

La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un procédé et une installation mettant en oeuvre ce procédé, qui permettent de recycler les boues issues des bétons en vue de leur réincorporation en amont du procédé d'élaboration du béton. The present invention aims to overcome these drawbacks by proposing a method and an installation implementing this method, which make it possible to recycle the sludge from concrete with a view to their reincorporation upstream of the concrete preparation process.

A cet effet, le procédé de retraitement des boues issues d'un béton industriel, objet de l'invention, se caractérise en ce qu'il comporte
- une étape de filtration au sein de laquelle les agrégats et les liants hydrauliques sont séparés, ainsi que les matières fines,
- une étape de décantation au cours de laquelle les liants hydrauliques se déposent en de fines couches,
- une étape d'homogénéisation au sein de laquelle la composition du mélange aqueux et de liants est adaptée,
- une étape de transfert du mélange aqueux prélevé en aval de l'étape d'homogénéisation vers l'amont d'un procédé de réutilisation de ce mélange.To this end, the process for reprocessing sludge from industrial concrete, object of the invention, is characterized in that it comprises
- a filtration stage within which the aggregates and hydraulic binders are separated, as well as the fine materials,
- a decantation stage during which the hydraulic binders are deposited in thin layers,
a homogenization step within which the composition of the aqueous mixture and of binders is adapted,
a step of transferring the aqueous mixture taken downstream from the homogenization step upstream of a process for reusing this mixture.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures
- la figure 1 est une vue de dessus d'une installation mettant en oeuvre le procédé objet de l'invention
- la figure 2 est une vue en élévation latérale de cette même installation. Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the appended drawings which illustrate an embodiment thereof devoid of any limiting character. In the figures
- Figure 1 is a top view of an installation implementing the method of the invention
- Figure 2 is a side elevational view of this same installation.

Selon un mode préféré de réalisation, le procédé objet de l'invention consiste tout d'abord en une étape de filtration au sein de laquelle un mélange aqueux de boues et d'agrégats est introduit à l'intérieur notamment d'un cylindre rotatif 1 muni d'au moins une ouverture permettant l'introduction dudit mélange. According to a preferred embodiment, the process which is the subject of the invention firstly consists of a filtration step within which an aqueous mixture of sludge and aggregates is introduced inside in particular of a rotary cylinder 1 provided with at least one opening allowing the introduction of said mixture.

Le mélange aqueux de boues provient par exemple d'une toupie de camion que l'on vient de nettoyer en vue de récupérer notamment les 200 1 précédemment cités. The aqueous mixture of sludge comes, for example, from a truck top that has just been cleaned in order to recover in particular the 200 1 previously mentioned.

Le cylindre rotatif 1, formant filtre, est muni intérieurement d'une toile 2, préférentiellement métallique, constituant le tamis ; la taille des mailles de ce tamis est choisie en fonction de la granulométrie des produits entrants, ce tamis devant laisser passer les particules de liants hydrauliques et arrêter les agrégats constitués de particules moyennes de sable et de graviers de diamètre plus important. The rotary cylinder 1, forming a filter, is internally provided with a fabric 2, preferably metallic, constituting the screen; the mesh size of this sieve is chosen according to the granulometry of the incoming products, this sieve having to allow the particles of hydraulic binders to pass and to stop the aggregates made up of medium particles of sand and gravel of larger diameter.

Ce filtre 1 est pourvu également d'un organe de transport 3 permettant l'entrainement des particules d'agrégats retenues par le tamis du filtre vers un orifice de sortie 4, ces particules d'agrégats étant évacuées, notamment par un transporteur mécanique 5 ou à bande vers une unité de stockage 6 à partir de laquelle elles seront reprises vers le procédé d'élaboration du béton. This filter 1 is also provided with a transport member 3 allowing the entrainment of the particles of aggregates retained by the sieve of the filter towards an outlet orifice 4, these particles of aggregates being evacuated, in particular by a mechanical conveyor 5 or belt to a storage unit 6 from which they will be taken back to the concrete-making process.

L'organe de transport 3 disposé à l'intérieur du filtre 1 est d'une manière classique une vis sans fin, solidaire de la paroi interne du filtre si ce dernier est rotatif, et dans un autre mode de réalisation, cette vis sans fin est montée mobile en rotation à l'intérieur de ce filtre 1 si celui-ci est fixe. The transport member 3 disposed inside the filter 1 is conventionally an endless screw, integral with the internal wall of the filter if the latter is rotary, and in another embodiment, this endless screw is rotatably mounted inside this filter 1 if the latter is fixed.

Bien entendu, cette filtration en vue de la séparation des agrégats et du liant hydraulique s'effectue dans un flux continu de circulation d'eau. Of course, this filtration for the separation of the aggregates and the hydraulic binder takes place in a continuous flow of water circulation.

En sortie de l'étape de filtration, il existe, d'une part une fraction d'agrégats nettoyée et qui est stockée en vue de sa récupération et de son utilisation ultérieures, et d'autre part une fraction noble, peu active, constituée essentiellement de liants hydrauliques (ciment). On entend par "actif" un ciment qui a perdu 80 % de sa cristallisation.  At the end of the filtration stage, there is, on the one hand, a fraction of aggregates which has been cleaned and which is stored with a view to its recovery and subsequent use, and on the other hand, a noble, inactive fraction, consisting mainly hydraulic binders (cement). By "active" is meant a cement which has lost 80% of its crystallization.

Cette fraction noble est dirigée vers la deuxième étape du procédé objet de l'invention, qui consiste essentiellement en une phase de décantation. This noble fraction is directed to the second stage of the process which is the subject of the invention, which essentially consists of a decantation phase.

Les matières fines humides dites "boues" comportent environ 75 % de fines dérivées directes des liants hydrauliques actifs, et 25 % de sable fin. Ces fines sont déposées dans une unité de décantation 7. The wet fine materials called "sludge" comprise approximately 75% of fines derived directly from active hydraulic binders, and 25% of fine sand. These fines are deposited in a settling unit 7.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, cette unité de décantation 7 dispose d'une surface utile importante car il est fondamental que les fines, au cours de l'opération de décantation, se déposent en une pluralité de couches formant des strates d'épaisseur la plus petite possible. According to an advantageous characteristic of the invention, this decanting unit 7 has a large useful surface because it is fundamental that the fines, during the decanting operation, are deposited in a plurality of layers forming strata of the smallest possible thickness.

En effet, étant donné que les particules de fines sont encore "actives" et donc que le processus de cristallisation est amorcé, il est capital que ces particules se déposent en de fines couches car s'il en était autrement, dans le cas de l'utilisation d'un bac de décantation de surface réduite, les particules "actives" auraient tendance à s'agglutiner naturellement et donc au cours du temps à former une croûte épaisse et très dure qui ne pourrait être exploitée ultérieurement. Indeed, since the particles of fines are still "active" and therefore that the crystallization process is initiated, it is essential that these particles are deposited in thin layers because if it were otherwise, in the case of l 'use of a settling tank of reduced surface area, the "active" particles would tend to agglomerate naturally and therefore over time to form a thick and very hard crust which could not be exploited subsequently.

Les strates de liants hydrauliques sont reprises par un moyen de transport du type connu (pompe, transporteur mécanique, engin de manutention etc...) et dirigées vers la troisième étape du procédé objet de l'invention, constituée essentiellement par une phase dite d'homogénéisation. The strata of hydraulic binders are taken up by a means of transport of the known type (pump, mechanical conveyor, handling machine, etc.) and directed towards the third stage of the process which is the subject of the invention, essentially constituted by a phase known as 'homogenization.

La phase d'homogénéisation consiste à mélanger intimement dans un milieu aqueux les particules provenant de la phase de décantation au sein d'une unité 8 formée notamment d'une cuve d'homogénéisation constituée notamment, d'une part d'un cylindre 9 statique et d'autre part d'un organe 10 de broyage rotatif à l'intérieur de cette cuve 9. The homogenization phase consists in intimately mixing in an aqueous medium the particles coming from the decantation phase within a unit 8 formed in particular of a homogenization tank constituted in particular, on the one hand of a static cylinder 9 and on the other hand of a rotary grinding member 10 inside this tank 9.

Le mélange de particules à une composition moyenne comprise notamment entre 20 et 40 % d'extrait solide pour 80 à 60 % d'extrait liquide, est introduit par l'intermédiaire d'une trémie 11 au sein de la cuve 9 d'alimentation. The mixture of particles with an average composition of in particular between 20 and 40% of solid extract for 80 to 60% of liquid extract, is introduced via a hopper 11 into the feed tank 9.

La composition du mélange est préférentiellement voisine de 40 % en extrait solide et de 60 % d'extrait liquide, mais varie essentiellement en fonction des moyens choisis pour effectuer l'opération de transport entre la phase de décantation (décanteur 7) et la phase d'homogénéisation (homogénéisateur 8). The composition of the mixture is preferably close to 40% in solid extract and 60% in liquid extract, but varies essentially depending on the means chosen to carry out the transport operation between the decantation phase (decanter 7) and phase d '' homogenization (homogenizer 8).

La cuve 9 est pourvue intérieurement d'un organe 10 de broyage rotatif constitué essentiellement d'une pluralité de pales montées sur un arbre dont les extrémités sont guidées à l'intérieur de paliers placés dans la cuve 9, cet arbre étant directement entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un moteur ou indirectement par l'intermédiaire d'une chaîne cinématique. The tank 9 is provided internally with a rotary grinding member 10 consisting essentially of a plurality of blades mounted on a shaft the ends of which are guided inside bearings placed in the tank 9, this shaft being directly driven in rotation via a motor or indirectly via a kinematic chain.

La phase d'homogénéisation broie les strates et rend les boues homogènes, permettant ainsi leur dosage en fonction du pourcentage de fines et d'eau, en vue de l'obtention d'un mélange de poids spécifique et de viscosité déterminé par l'utilisateur. The homogenization phase grinds the strata and makes the sludge homogeneous, thus allowing their dosing according to the percentage of fines and water, with a view to obtaining a mixture of specific weight and viscosity determined by the user. .

Dans ce but, la cuve 9 est munie d'une pluralité de capteurs 12, notamment de viscosité, de masse, éventuellement asservis à un système automatisé en vue du réglage de la vitesse de rotation de l'organe 10 de broyage, et/ou de détermination de la quantité de matière entrante dans la trémie 11 d'alimentation, cette cuve étant montée sur essieux en vue de son transport éventuel. For this purpose, the tank 9 is provided with a plurality of sensors 12, in particular of viscosity, of mass, possibly slaved to an automated system with a view to adjusting the speed of rotation of the grinding member 10, and / or for determining the quantity of material entering the feed hopper 11, this tank being mounted on axles for possible transport.

La cuve est en outre munie d'au moins un orifice de sortie pour l'évacuation du mélange homogénéisé en vue de sa reprise par un organe de transport 13 (de type connu tel une pompe). The tank is further provided with at least one outlet orifice for the evacuation of the homogenized mixture with a view to its recovery by a transport member 13 (of known type such as a pump).

La quatrième étape du procédé consiste essentiellement en une phase de transport placée en aval de la phase d'homogénéisation et en amont du procédé d'élaboration du béton. The fourth stage of the process essentially consists of a transport phase placed downstream from the homogenization phase and upstream from the concrete preparation process.

Afin d'adapter la composition du mélange dans l'unité d'homogénéisation, il est parfois nécessaire, en fonction de la nature des strates introduites, de tamponner par un ajout de matière de composition déterminée. In order to adapt the composition of the mixture in the homogenization unit, it is sometimes necessary, depending on the nature of the strata introduced, to buffer with an addition of material of determined composition.

C'est pourquoi, l'installation de retraitement des boues comporte un certain nombre de bacs (non représentés sur les figures), chacun d'entre eux étant rempli de liants hydrauliques de nature déterminée, permettant ainsi par adjonction de ces derniers dans l'unité d'homogénéisation, un réglage optimal de la composition du mélange.  This is why, the sludge reprocessing installation includes a certain number of tanks (not shown in the figures), each of them being filled with hydraulic binders of a specific nature, thus allowing the addition of these in the homogenization unit, optimal adjustment of the composition of the mixture.

L'invention telle que décrite précédemment offre de multiples avantages car elle permet, à partir de boues qui étaient autrefois stockées et non valorisées, de retirer une fraction d'agrégats et une fraction de liants hydrauliques qui seront réintroduits en amont du procédé d'élaboration du beton, réalisant ainsi une économie sur le coût initial en matière première, un gain pour le coût de l'étape de stockage qui n'est plus nécessaire, et par ailleurs étant donné que le produit réinjecté comprend essentiellement du liant hydraulique "semiactif", le béton fabriqué à partir de cette fraction possède des qualités mécaniques améliorées. The invention as described above offers multiple advantages because it makes it possible, from sludge which was formerly stored and not recovered, to remove a fraction of aggregates and a fraction of hydraulic binders which will be reintroduced upstream of the production process. of concrete, thus saving on the initial cost of raw material, a gain for the cost of the storage step which is no longer necessary, and moreover given that the product reinjected essentially comprises "semiactive" hydraulic binder , the concrete made from this fraction has improved mechanical qualities.

Le procédé et l'installation décrits précédemment ne sont nullement limités au retraitement de boues issues de bétons, mais peuvent convenir aisément au retraitement de produits de carrière. The process and installation described above are not limited to the reprocessing of sludge from concrete, but can easily be suitable for the reprocessing of quarry products.

Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés cidessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes.  It remains to be understood that the present invention is not limited to the embodiments described and shown above, but that it encompasses all variants thereof.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1 - Procédé de retraitement des boues issues d'un béton industriel, caractérisé en ce qu'il comporte 1 - Process for the reprocessing of sludge from industrial concrete, characterized in that it comprises - une étape de filtration au sein de laquelle les agrégats et les liants hydrauliques sont séparés, ainsi que les matières fines, - a filtration stage within which the aggregates and hydraulic binders are separated, as well as the fine materials, - une étape de décantation au cours de laquelle les liants hydrauliques se déposent en de fines couches, - a decantation stage during which the hydraulic binders are deposited in thin layers, - une étape d'homogénéisation au sein de laquelle la composition du mélange aqueux et de liants est adaptée, a homogenization step within which the composition of the aqueous mixture and of binders is adapted, - une étape de transfert du mélange aqueux prélevé en aval de l'étape d'homogénéisation vers l'amont d'un procédé de réutilisation de ce mélange. a step of transferring the aqueous mixture taken downstream from the homogenization step upstream of a process for reusing this mixture. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il permet, durant la phase d'homogénéisation, de broyer les strates et de rendre les boues homogènes, permettant ainsi leur dosage en fonction du pourcentage de fines et d'eau, en vue de l'obtention d'un mélange de poids spécifique et de viscosité déterminé. 2 - Method according to claim 1, characterized in that it allows, during the homogenization phase, to grind the strata and to make the sludge homogeneous, thus allowing their dosage according to the percentage of fines and water, view of obtaining a mixture of specific weight and specific viscosity. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on adapte la composition du mélange dans l'unité d'homogénéisation (8), par un ajout de matière de composition déterminée, en fonction de la nature des strates introduites. 3 - Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that one adapts the composition of the mixture in the homogenization unit (8), by adding material of determined composition, depending on the nature of introduced strata. 4 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une unité de séparation entre les fines et les agrégats, les fines étant dirigées vers une unité (7) de décantation, le mélange issu de cette dernière étant acheminé vers une unité (8) d'homogénéisation. 4 - Installation for the implementation of the method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a separation unit between the fines and the aggregates, the fines being directed to a unit (7) of decantation, the mixture from the latter being conveyed to a homogenization unit (8). 5 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'unité de séparation comporte un cylindre rotatif (1) muni d'au moins une ouverture permettant l'introduction d'un mélange, ce cylindre étant pourvu d'un tamis (2) et d'un organe de transport (3) permettant l'entraînement des particules d'agrégats retenues par le tamis (2) du filtre vers un orifice (4) de sortie, ces particules d'agrégats étant évacuées, notamment par un transporteur mécanique (5) ou à bande. 5 - Installation according to claim 4, characterized in that the separation unit comprises a rotary cylinder (1) provided with at least one opening allowing the introduction of a mixture, this cylinder being provided with a screen (2 ) and a transport member (3) allowing the entrainment of the particles of aggregates retained by the screen (2) of the filter towards an orifice (4) for outlet, these particles of aggregates being discharged, in particular by a conveyor mechanical (5) or belt. 6 - Installation selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que l'unité (7) de décantation dispose d'une surface utile suffisamment importante pour que les fines qui se déposent en une pluralité de couches forment des strates d'épaisseur la plus petite possible. 6 - Installation according to one of claims 4 or 5, characterized in that the decantation unit (7) has a sufficiently large useful surface so that the fines which are deposited in a plurality of layers form strata of the smallest possible thickness. 7 - Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que l'unité (8) d'homogénéisation est formée notamment d'une cuve constituée notamment, d'une part d'un cylindre statique (9) et d'autre part d'un organe (10) de broyage rotatif à l'intérieur de cette cuve. 7 - Installation according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the unit (8) of homogenization is formed in particular of a tank consisting in particular, on the one hand of a static cylinder (9) and on the other hand of a rotary grinding member (10) inside this tank. 8 - Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que la cuve (9) est pourvue intérieurement d'un organe (10) de broyage rotatif constitué essentiellement d'une pluralité de pales montées sur un arbre dont les extrémités sont guidées à l'intérieur de paliers placés dans la cuve (9), cet arbre étant directement entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un moteur ou indirectement par l'intermédiaire d'une chaîne cinématique. 8 - Installation according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the tank (9) is provided internally with a member (10) of rotary grinding consisting essentially of a plurality of blades mounted on a shaft whose ends are guided inside bearings placed in the tank (9), this shaft being directly driven in rotation by means of a motor or indirectly by means of a kinematic chain. 9 - Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que la cuve (9) est munie d'une pluralité de capteurs (12), notamment de viscosité, de masse, éventuellement asservis à un système automatisé en vue du réglage de la vitesse de rotation de l'organe (10) de broyage, et/ou de détermination de la quantité de matière entrante dans la trémie (11) d'alimentation.  9 - Installation according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the tank (9) is provided with a plurality of sensors (12), in particular of viscosity, of mass, possibly slaved to an automated system in view adjusting the speed of rotation of the grinding member (10), and / or determining the quantity of material entering the feed hopper (11).
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