FR3061045A1 - Procede de traitement par passivation de residus siloxaniques issus de la production de silicones - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de traitement par passivation de résidus siloxaniques obtenus après une étape d'hydrolyse d'organohalogénosilanes, lesdits résidus comprenant des polysiloxanes, en particulier des diméthylsiloxanes, et du silicium métal.
Description
Titulaire(s) :
TREDI Société anonyme.
O Demande(s) d’extension :
® Mandataire(s) : ERNEST GUTMANN - YVES PLAS-SERAUD SAS.
® PROCEDE DE TRAITEMENT PAR PASSIVATION DE RESIDUS SILOXANIQUES ISSUS DE LA PRODUCTION DE SILICONES.
@) La présente invention concerne un procédé de traite ment par passivation de résidus siloxaniques obtenus après une étape d'hydrolyse d'organohalogénosilanes, lesdits ré sidus comprenant des polysiloxanes, en particulier des di-méthylsiloxanes, et du silicium métal.
FR 3 061 045 - A1
PROCÉDÉ DE TRAITEMENT PAR PASSIVATION DE RÉSIDUS SILOXANIQUES ISSUS DE LA PRODUCTION DE SILICONES
La présente invention concerne un procédé de traitement par passivation de résidus siloxaniques issus de la production de silicones, en particulier de résidus siloxaniques obtenus après une étape d’hydrolyse d’organohalogénosilanes, lesdits résidus comprenant des polysiloxanes, en particulier des diméthylsiloxanes, et du silicium métal.
Le procédé de base de la fabrication à grande échelle des silicones, appelé communément « synthèse directe » ou réaction de Rochow (1945), consiste à faire agir le chlorure de méthyle gazeux à chaud sur du silicium métal, préalablement isolé, en présence de catalyseurs, notamment de dérivés du cuivre.
Au cours de ce procédé industriel de synthèse des silicones, généralement réalisé en lit fluidisé, divers types de déchets sont produits. Ces déchets peuvent être des liquides, des huiles, des gaz, ainsi que plusieurs types de résidus solides.
Des résidus solides sont notamment produits par hydrolyse d’organohalogénosilanes non valorisables, en particulier de méthylchlorosilanes, qui donnent une fraction métallique réactive composée entre autres de silicium finement divisé et de cuivre, des composés siloxaniques (ou gommes) enrobant notamment une partie de ladite fraction, de l’acide chlorhydrique fruit de l’hydrolyse des méthylchlorosilanes, des silanols non solubles et des traces de chlorosilanes non hydrolysés.
La présence de métaux nécessite de prendre des précautions particulières car ces résidus solides sont susceptibles de former de l’hydrogène au contact d’un acide ou d’une base notamment avec le silicium métal présent dans le déchet.
Sur le plan réglementaire, ces résidus solides sont des solides inorganiques classés, selon le Règlement CLP (Classification, Labelling, Packaging) N° 1272/2008 du Parlement européen relatif à la classification, à l'étiquetage et à l'emballage des substances chimiques et des mélanges :
HP4 (irritant par contact), HP5 (toxicité spécifique), HP14 (écotoxique), et susceptibles d’être réactifs en présence d’un acide ou d’une base (dégagement d’H2).
Compte tenu de la présence de métaux, ce sont des solides inorganiques classés 4.2 (auto-échauffants) et classe 8 (corrosifs), groupe d’emballage II, au regard de la réglementation ADR (Accord européen relatif au transport international des marchandises Dangereuses par Route) qui interdit de fait leur transport par voie routière en conditionnement supérieur à 1m3. Par ailleurs, leur réactivité associée à une forte acidité empêche un entreposage sans traitement préalable desdits résidus siloxaniques. Ce stockage pourrait remplacer la voie de destruction thermique actuellement utilisée.
La présente invention vise à développer un procédé de traitement de résidus siloxaniques produits au cours de la réaction de synthèse directe d’organohalogénosilanes, précurseurs des silicones, en vue d’une désactivation ou passivation de ces résidus, permettant ainsi une manipulation et un transport plus aisés mais également leur stockage dans une installation de stockage de déchets dangereux. Les principaux objectifs de l’invention sont donc d’éliminer ou d’atténuer le caractère 4.2 desdits résidus siloxaniques, de les rendre non corrosifs et non réactifs vis-à-vis de l’air, de l’eau ou de tout autre milieu réactionnel susceptible d’être en contact avec ces résidus.
Dans l’état de la technique antérieure, la plupart des méthodes (physiques, chimiques ou thermiques) qui ont été développées pour passiver ou désactiver les déchets siliceux issus de la synthèse directe des organohalogénochlorosilanes, et en particulier des méthylchlorosilanes, selon la réaction de Rochow (US2380995), ne concernent que les fines pulvérulentes chargées en silicium métal, appelées communément « masses usées », et non les résidus siloxaniques obtenus après une étape d’hydrolyse d’organohalogénosilanes. Ces masses usées ou fines sont des particules finement divisées (1 à 200 pm), chimiquement très réactives, notamment à l’eau, pouvant générer des combustions spontanées au contact de l’air et réagir avec l’eau en produisant H2. Ces masses usées ou fines peuvent en effet contenir jusqu’à 60% en silicium métal et autres particules métalliques.
Les différentes voies de traitement et/ou de valorisation de ces masses usées ont été développées avec deux objectifs principaux:
1) soit le recyclage ou la valorisation des métaux tels que le silicium ou le cuivre contenus dans ces déchets. Par exemple, le silicium est valorisable dans l’industrie métallurgique, la synthèse des silicones, l’électronique, etc... ;
2) soit la transformation de tout le silicium en silice (δίθ2) pour une valorisation en cimenterie, dans les industries de la céramique ou du verre, les fonderies, les industries de bâtiment, etc....
De nombreux procédés s’attachent à la récupération du cuivre qui se trouve en quantité relativement importante dans les masses usées (US5306328, EP1112963, EP0682032) ou au recyclage du silicium métal (US4307242) ou de la silice (US4690810).
Ces masses usées peuvent être désactivées si tous les métaux contenus, et en particulier le silicium, sont oxydés en faisant réagir une solution alcaline telle que la chaux en milieu aqueux ou la soude ou toute autre base forte.
Ces réactions d’oxydation de Si en S1O2 à l’aide d’une base forte sont par exemple décrites dans le brevet européen EP0428337, où les masses usées sont chauffées à 50-60°C en milieu agité dans une solution aqueuse basique puis séparées de la fraction aqueuse basique chaude par filtration et pressées en gâteaux. Ce procédé nécessite du temps pour une oxydation totale de Si et génère des eaux de process qu’il faut traiter à leur tour, ce qui rend le procédé onéreux. Ces réactions présentent en outre l’inconvénient d’un échauffement important du mélange, avec moussage et augmentation du volume de matière (réactions exothermiques).
Afin d’inerter ou de passiver ces fines ou masses métalliques usées, d’autres brevets proposent un mélangeage avec un produit inerte de type carbonate de calcium, lait de chaux, oxyde de magnésium, talc ou silicates d’aluminium de type argile (EP0201199) ou à l’aide de liants organiques tels que du glucose, des résines, de la lignine etc...(EP0287934). Le terme d’argile réfère souvent à des formes variées d’aluminosilicates hydratés (nAI2O3mSiO2, xH2O) où x est le degré d’hydratation. La teneur en argile requise pour passiver les masses usées varie en fonction du type et de la nature de l’argile.
Les demandes de brevet/brevets ci-dessus mentionnés décrivent généralement des procédés de granulation afin d’obtenir un résidu aggloméré inerte, facilement manipulable, en vue d’une valorisation possible. Afin d’obtenir une bonne granulation, ces procédés nécessitent également un apport non négligeable d’eau. L’activité liante de l’eau accélère la granulation des résidus. Du fait de la forte réactivité de l’eau avec le silicium métal produisant un dégagement d’H2 et un échauffement du mélange pouvant atteindre jusqu’à 400°C (réaction très exothermique), il est souvent nécessaire de travailler sous atmosphère inerte (flux d’azote), ce qui représente une contrainte supplémentaire.
En 2003 puis 2006, l’utilisation de liants de type polyholosides (amidons, dextrines, Bentonite) (FR2855176) ou de toutes formes de silicates d'aluminium hydratés AI2O3SiO2, xH2O (Bentonite, Kaolin, diatomite, terre de Fuller, ....) (FR2862956) a été décrite pour la passivation et l’agglomération des « masses usées » ou fines pulvérulentes issues de la production d’organohalosilanes. L’utilisation d’un rapport Liant/masse usée situé de préférence entre 0,3/1 et 1/1 en poids, et d’une quantité d’eau allant de 3 à 10%, de préférence 4 à 8%, en poids par rapport au mélange constitué par la masse usée et le liant a notamment été décrite dans le brevet FR2855176 ou FR2862956. Ce mélange est agité dans un mélangeur-homogénéisateur pendant quelques minutes puis aggloméré grâce à un dispositif à vis de pressage, en briquettes pour une valorisation de certains métaux contenus dans ces masses usées (Si, Cu). Dans les brevets décrivant une granulation de ces masses usées, les résidus ainsi passivés avec des mélanges argileux sont souvent utilisés pour faire des céramiques.
Le brevet FR2708268 décrit un procédé de passivation des fines de méthylchlorosilanes en milieu aqueux, avec un tensioactif de type polyalkylène pour éliminer H2 en vue d’une utilisation du silicate d’aluminium dans la filière céramique.
Dans le brevet EP1345866, on utilise de la terre de Fuller, de la bentonite, du kaolin, de la diatomite...avec des ratios argile/masse usée allant de 10/1 à 1/10, 5/1 à 1/5 et de manière préférée de 3/1 à 1/3. De l’eau est rajoutée dans une fourchette allant de 10 à 40%. Le mélangeage se fait sous agitation (3 minutes) sous azote. Les paramètres mesurés sont le dégagement d’H2, le caractère auto-échauffant avec les tests ONU N4, les tests de résistance à la compression pour une utilisation en céramique. Dans un autre brevet (US7101821), ces mêmes auteurs utilisent des organohalosilanes et autres composés siliceux, en les intégrant dans des céramiques ayant des propriétés physico-chimiques intéressantes. Les proportions préconisées sont de 25 à 95% de résidu siliceux, 3 à 75% de liant et 10 à 75% de réactif solide. Les mélanges sont ensuite pressés puis chauffés durant 8 heures à 1500°C.
Le brevet US2013/0193372 décrit la passivation de masses usées solides issues de la synthèse directe d’organohalosilanes par l’utilisation conjointe de trois ingrédients (argile/base/eau). La base peut être de la chaux, de la soude, du silicate de sodium, etc., et la quantité de base est calculée en équivalents OH' pour 100 g de résidus (soit de 0,25 à 0,41 eqg base/déchet). L'argile peut être choisie parmi les terres de Fuller, diatomite, bentonite, kaolin, ou des constituants tels que des cendres volantes, des oxydes d’aluminium etc... Le temps de contact doit être suffisant pour que les espèces réactives issues du direct process soient passivées et/ou oxydées. Différentes formulations (une dizaine) ont donné des résultats probants en termes de passivation des masses usées.
Le procédé de traitement par passivation selon l’invention diffère de ceux des brevets précédemment décrits en ce qu’il s’applique à des déchets particuliers, issus de la synthèse des silicones, comme les résidus siloxaniques obtenus après une étape d’hydrolyse d’organohalogénosilanes.
La plupart des méthodes de traitement connues présente des inconvénients, soit en terme de difficultés technologiques (réactions dangereuses ou instabilité des résidus traités...), soit de mise en œuvre du procédé à grande échelle (mise sous flux d’azote, teneurs en eau trop importantes etc...), soit en terme de coût (complexité du procédé, nécessité de plusieurs étapes souvent onéreuses...) car ces méthodes s’appliquent à des fines pulvérulentes sèches, très chargées en silicium métal (jusqu’à 60%).
Le procédé de traitement par passivation selon l’invention s’affranchit de certaines contraintes spécifiques aux masses usées, comme un apport d’eau important, une atmosphère sous azote, l’addition d’une base forte ou un temps de réaction trop long.
Les résidus siloxaniques obtenus après une étape d’hydrolyse d’organohalogénosilanes sont généralement éliminés par voie thermique, processus au cours duquel le silicium est notamment oxydé en silice. Toutefois, ce type de traitement thermique entraîne la production d’un taux de cendres élevé (environ 85%) avec un pouvoir calorifique très faible.
La présente invention propose une alternative à l’incinération. Les inventeurs ont développé un procédé de traitement par passivation permettant d’éviter ces inconvénients tout en atténuant ou supprimant le caractère auto-échauffant desdits résidus siloxaniques. Ainsi, les problèmes de transport et de stockage desdits résidus siloxaniques sont résolus.
Dans le contexte de la présente invention, les « résidus siloxaniques obtenus après une étape d’hydrolyse d’organohalogénosilanes » sont des déchets solides obtenus par hydrolyse d’organohalogénosilanes non valorisables, en particulier de sous-produits liquides d’organohalogénosilanes non valorisables.
Dans la suite de la description de l’invention, l’expression « les résidus siloxaniques obtenus après une étape d’hydrolyse d’organohalogénosilanes » sera simplifiée et remplacée par l’expression « lesdits résidus siloxaniques » ou « les résidus siloxaniques ».
Lesdits résidus siloxaniques correspondent à des déchets solides comprenant essentiellement du silicium sous forme de diméthylsiloxanes, de silanols et de silicium métal. Ces déchets solides se présentent sous forme de granulés noirs, hétérogènes, pelletables et sont peu denses (d = 0,4 à 0,7 g/cm3). Cette faible densité et cet aspect granuleux leur donne un aspect de gomme ou de gel (résidus de silicone ou siloxane) mais ils sont en fait formés d’agglomérats humides mélangés à des particules fines. L’humidité de ces déchets hydrolysés varie selon l’égouttage (humidité moyenne de 60%). Du fait de la présence des granulés siloxaniques (gommes) qui leur confèrent un caractère hydrophobe, ces déchets paraissent visuellement peu humides.
Le procédé selon l’invention combine deux étapes, d’abord le lavage desdits résidus siloxaniques pour éliminer une acidité trop importante, suivi d’une deuxième opération de malaxage-enrobage dans une matrice comprenant un système liant, formant ainsi un produit aggloméré dans lequel est contenu, de préférence est immobilisé le silicium métal.
La présente invention concerne un procédé de traitement par passivation de résidus siloxaniques obtenus après une étape d’hydrolyse dOrganohalogénosilanes, lesdits résidus comprenant des polysiloxanes, en particulier des diméthylsiloxanes, et du silicium métal, dans lequel :
a. on effectue un lavage des résidus siloxaniques au moyen d’une solution aqueuse pour diminuer leur acidité;
b. on introduit dans un dispositif de malaxage :
(i) les résidus siloxaniques lavés à l’issue de l’étape a.; et (ii) une matrice d’enrobage comprenant ou constituée par un liant ou un mélange de liants, lesdits résidus siloxaniques lavés étant préférentiellement introduits dans le dispositif de malaxage avant ladite matrice d’enrobage ; et (iii) optionnellement de l’eau ;
c. on malaxe dans le dispositif de malaxage jusqu’à obtention d’un mélange homogène dans lequel au moins le silicium métal est contenu ou immobilisé dans la matrice d’enrobage ;
d. on récupère les résidus siloxaniques enrobés à l’issue de l’étape c.
Le procédé de traitement par passivation selon l’invention est donc un procédé physique d’immobilisation par enrobage du silicium élémentaire ou silicium métal et le cas échéant des autres métaux présents dans lesdits résidus siloxaniques. Il s’agit également d’un procédé chimique car des oxydes (silice principalement), stables et insolubles sont partiellement formés, notamment grâce à la présence d’eau et de silicate de sodium dans certains mélanges testés. Il s’en suit une stabilisation de ces résidus siloxaniques par immobilisation des métaux dans une texture d’enrobage. Les conditions de réalisation de l’enrobage sont avantageusement telles que la stabilisation desdits résidus siloxaniques est une passivation au sens de la réglementation européenne.
Ce procédé permet d’éliminer ou d’atténuer le caractère auto-échauffant 4.2 desdits résidus siloxaniques, de les rendre non corrosifs et non réactifs ou inertes vis-à-vis d’un milieu réactionnel tel que l’air ou l’eau. En particulier, la passivation est obtenue par un enrobage des particules oxydées (et non oxydées) par une couche stable d’un liant ou d’un mélange de liants.
Les résidus siloxaniques à traiter selon le procédé de l’invention comprennent des polysiloxanes et du silicium métal.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, les résidus siloxaniques à traiter selon le procédé de l’invention comprennent des polysiloxanes, des silanols et du silicium métal.
Dans le contexte de l’invention, les polysiloxanes sont des alkylsiloxanes tels que des diméthylsiloxanes.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, la teneur en polysiloxanes est comprise entre 20 et 50% en poids sec par rapport aux résidus siloxaniques à traiter et la teneur en silicium métal est comprise entre 0,1 et 40%, de préférence entre 5 et 20%, en poids sec par rapport aux résidus siloxaniques à traiter.
Toute référence à des intervalles de valeurs dans la description et/ou les revendications implique, sauf mention contraire, que les bornes des intervalles sont incluses.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, les résidus siloxaniques sont produits au cours de la purge d’un ou plusieurs réacteurs de production dOrganohalogénosiloxanes.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, les résidus siloxaniques comprennent en outre (i) un ou plusieurs polluants minéraux choisis parmi le chlore, de préférence de 1 à 7% en poids sec, le fer, de préférence de 0,5 à 5% en poids sec, et le cuivre, de préférence de 1 à 5% en poids sec, et/ou (ii) des traces d’un ou plusieurs métaux choisis parmi le nickel, l’aluminium, le soufre, le calcium, le titane, le zinc, le magnésium, l’étain et le manganèse. La présence d’acide chlorhydrique produit au cours de la réaction d’hydrolyse permet d’expliquer en partie le pH acide de ces résidus siloxaniques. Ces résidus siloxaniques peuvent contenir jusqu’à 23% de carbone.
Un pré-traitement desdits résidus siloxaniques est nécessaire pour pouvoir les traiter par voie physico-chimique selon le procédé de traitement par passivation selon l’invention. En particulier, il convient d’éliminer l’excès de chlore (HCl) et donc de diminuer l’acidité de ces résidus siloxaniques avant leur enrobage, notamment en augmentant le pH d’une valeur au moins égale à 1.
L’étape de lavage (étape a.) desdits résidus siloxaniques du procédé selon l’invention est réalisée au moyen d’une solution aqueuse. Une solution aqueuse appropriée est choisie parmi celles classiquement utilisées pour ce type de réaction et disponibles sur le marché. Cette solution aqueuse doit permettre de diminuer l’acidité desdits résidus siloxaniques et éviter l’oxydation des métaux contenus dans ces résidus. Par exemple, de l’eau neutre, une solution saline et les effluents peuvent être utilisés en tant que solution aqueuse. La solution aqueuse ne doit pas contenir d’acides ou de bases susceptibles de réagir avec les métaux présents dans lesdits résidus siloxaniques en formant de l’hydrogène.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, le lavage de l’étape a. est effectué par pulvérisation d’eau, en particulier par pulvérisation d’eau dans des bennes dédiées sur tamis filtrants.
Avant l’étape de lavage (étape a.), lesdits résidus siloxaniques ont classiquement un pH initial inférieur ou égal à 1.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, les résidus siloxaniques lavés obtenus à l’issue de l’étape a. ont un pH supérieur ou égal à 2, de préférence ont un pH compris dans l’intervalle de 2 à 5.
La durée de l’étape de lavage (étape a.) dépend notamment de la composition desdits résidus siloxaniques à traiter. En effet, ces résidus siloxaniques peuvent être variables d’un réacteur de synthèse à un autre car des différences significatives de teneurs en métaux résiduels (dont le silicium métal) peuvent exister au niveau des divers réacteurs de la chaîne de synthèse selon l’état de production. La composition chimique élémentaire des résidus siloxaniques peut être déterminée par Fluorescence X ou Spectrométrie à plasma à couplage inductif et leur spéciation par Spectrométrie infrarouge et Diffraction des Rayons X.
Les inventeurs ont optimisé ce temps de lavage et observé qu’un temps de lavage compris dans l’intervalle de 2h à 4h, de préférence égal à 3h, permettait de diminuer l’acidité desdits résidus siloxaniques.
Lors de la mise en œuvre industrielle du procédé, un traitement des effluents de lavage acide desdits résidus siloxaniques devra être effectué. A la fin de cette étape a. de lavage, les résidus siloxaniques lavés sont égouttés.
L’étape a. de lavage ne permet pas de réduire ou éliminer le caractère auto-échauffant desdits résidus siloxaniques bien qu’il élimine une partie des fines résiduelles réactives contenues. Le lavage contribue en outre à diminuer la fraction soluble afin de respecter le seuil limite d’acceptation en Installation de Stockage de Déchets Dangereux ou ISDD (test de lixiviation EN 12457-2).
Une étape de malaxage-enrobage (étapes b. et c. du procédé) est ensuite réalisée, qui met en œuvre l’utilisation d’un liant ou mélange de liants propre à l’enrobage.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, le liant utilisé à l’étape b. est choisi parmi les silicates de sodium, les silicates d’aluminium, en particulier les silicates d’aluminium hydratés, les silicoaluminates calciques, les silicoaluminates sodiques et les sulfoaluminates hydratés de calcium, en particulier l’ettringite (Ca6AI2(SO4) 63(OH) i2, 26H2O). Toute forme minérale à base de silicates ou d’aluminosilicates hydratés, toute forme de sulfo aluminosilicates ou toute forme d’oxydes et/ou d’hydroxydes, toute forme de carbonates ou tout matériau enrobant d’origine naturelle ou issue de déchets peut être utilisée.
Dans le contexte de l’invention, le terme « un liant » fait référence à un liant (agent liant) nécessaire ou avantageux pour l’enrobage, utilisé seul. De manière préférée, ce liant peut-être sous une forme solide et sèche.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le silicate d’aluminium hydraté est du kaolin, de la bentonite, de la diatomite, de la terre de Fuller (ou montmorillonite) ou toute autre forme hydratée de silicate d’aluminium. De manière encore plus préférée, le silicate d’aluminium hydraté est du kaolin ou de la bentonite, par exemple de la bentonite de sodium ou de calcium.
Dans le contexte de l’invention, l’expression « un mélange de liants » utilisée à l’étape b. fait référence à un mélange d’au moins deux liants tels que définis précédemment. Ce mélange peut être également désigné par le terme « slurry ».
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le mélange de liants est préparé avant d’être introduit dans le dispositif de malaxage, notamment dans des conditions permettant une bonne imprégnation des liants entre eux, c’est-à-dire l’obtention d’un mélange homogène.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le mélange de liants utilisé à l’étape b. comprend au moins deux liants tels que définis précédemment.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le mélange de liants consiste en deux liants tels que définis précédemment. De manière plus préférée, le mélange de liants comprend ou est constitué de (i) kaolin et silicate de sodium ou de (ii) bentonite et silicate de sodium. La teneur en kaolin ou bentonite est généralement 2 à 4 fois supérieure par rapport au silicate de sodium.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, le mélange de liants comprend ou est constitué (i) d’un silico-aluminate de calcium hydraté et (ii) d’un sulfate de calcium ou d’un liant ettringitique.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, le mélange de liants comprend en outre un agent superplastifiant ou un tensioactif. Un tensioactif est choisi parmi ceux classiquement utilisés par l’homme du métier.
De préférence, le mélange de liants comprend en outre un agent superplastifiant. Un agent superplastifiant est choisi parmi ceux classiquement utilisés pour améliorer la cohésion ou l’adhérence du mélange contenu dans le dispositif de malaxage, et disponibles sur le marché. En particulier, l’agent superplastifiant est choisi parmi des polyphosphates tels que de l’hexamétaphosphate de sodium, des lignosulfonates et des sels sulfonés, par exemple naphtalène et formaldéhyde ou mélamine et formaldéhyde. Préférentiellement, la teneur en agent superplastifiant est comprise entre 0,5 et 1% en poids sec par rapport au mélange de liants.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le rapport liant/résidus siloxaniques lavés ou mélange de liants/résidus siloxaniques lavés va de 0,1/1 à 0,9/1 en poids sec, de préférence de 0,2/1 à 0,4/1 en poids sec.
A l’étape b. du procédé, l’ordre d’ajout des résidus siloxaniques lavés à l’issue de l’étape a. ou de la matrice d’enrobage n’est pas figé.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, les résidus siloxaniques lavés sont introduits dans le dispositif de malaxage avant ladite matrice d’enrobage.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, l’étape b. est réalisée en l’absence d’eau libre rajoutée. De manière encore plus préférée, les étapes b. et c. sont réalisées en l’absence d’eau libre rajoutée, du fait de la forte teneur en eau desdits résidus siloxaniques (50 à 60% d’eau).
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, lorsque le mélange contenu dans le dispositif de malaxage présente un défaut d’adhérence, c’est-à-dire que le mélange n’est pas homogène, l’étape b. est réalisée en présence d’une quantité d’eau limitée, généralement de 2 à 20%, de manière préférée de 5 à 10% par rapport à ledit mélange.
L’étape c. du procédé selon l’invention nécessite un temps de malaxage dans un dispositif de malaxage suffisant pour permettre l’obtention d’un mélange homogène. Ce temps de malaxage dépend notamment de la nature et de la composition relative des résidus siloxaniques lavés, qui peut être déterminée par des méthodes de caractérisation chimiques et minéralogiques classiques.
Le dispositif de malaxage, autrement désigné mélangeur, homogénéiseur, selon l’invention comprend des moyens de malaxage capables de mélanger des solides. Le dispositif de malaxage est choisi parmi ceux classiquement utilisés pour ce type de réaction et disponibles sur le marché.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le dispositif de malaxage est un malaxeur industriel ou un malaxeur de type planétaire ou un pétrin ou un malaxeur à palettes, de préférence est un malaxeur de type planétaire, par exemple un malaxeur de laboratoire de type planétaire.
La durée de malaxage de l’étape c. dépend du dispositif de malaxage et des vitesses utilisés.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, la durée de malaxage à l’étape c. est inférieure ou égale à 10 minutes, de préférence de 1 à 5 minutes et plus préférentiellement de 1 à 2 minutes, par exemple 1 minute à la vitesse minimum du dispositif de malaxage puis 1 min à la vitesse moyenne du dispositif de malaxage.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le dispositif de malaxage est un malaxeur de type planétaire et la durée de malaxage à l’étape c. s’étend de 2 à 4 minutes, de préférence de 1 à 2 minutes à la vitesse minimum du malaxeur, par exemple 60 tours/mn, puis de 1 à 2 minutes à la vitesse moyenne du malaxeur, par exemple 120-130 tours/mn.
Le mélange homogène obtenu à l’issue de l’étape c. est un mélange homogène aggloméré ou pâteux, dans lequel au moins le silicium métal est contenu, de préférence immobilisé dans la matrice d’enrobage.
Avantageusement à l’issue du procédé de traitement par passivation selon l’invention, tous les métaux, en particulier le silicium métal, le ou les polluants minéraux tels que définis précédemment ou les traces d’un ou plusieurs métaux tels que définis précédemment, présents dans lesdits résidus siloxaniques sont contenus, de préférence immobilisés dans la matrice d’enrobage.
Dans le contexte de l’invention, le terme « aggloméré ou pâteux » signifie qu’un mélange homogène est obtenu entre les différents ingrédients. On obtient soit une pâte ou mélange pâteux, soit un mélange granuleux homogène, selon le degré d’humidité des mélanges.
Dans le contexte de l’invention, le terme « immobilisé » signifie que les métaux présents dans lesdits résidus siloxaniques sont emprisonnés et ne sont plus lixiviés.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, lesdits résidus siloxaniques sont des déchets industriels issus d’une réaction d’hydrolyse, ayant une teneur en silicium métal allant de 10% à 40% en poids sec.
Les résidus siloxaniques enrobés à l’issue de l’étape c. sont contrôlés au niveau du caractère auto-échauffant 4.2 par le test ONU N4 puis sont soumis au test de lixiviation EN12457-2 pour la validation de l’entreposage en installation de stockage de déchets dangereux.
Le test utilisé pour conclure que le produit a été passivé ou désactivé est le test ONU N4, décrit dans le Manuel d’épreuves et de critères des Nations Unies, 6eme édition révisée [ST/SG/AC.10/11/Rev.6] en 2015 (Annexe aux Recommandations des Nations Unies relatives au transport des marchandises dangereuses). Les substances et mélanges sont classés «auto-échauffants» en fonction des résultats d’essais de l’épreuve ONU N4. La méthode consiste à soumettre le produit, disposé dans des cubes à parois grillagées, à un stockage isotherme durant 24 h à différentes températures. Le résultat est positif si une exothermie supérieure ou égale à °C est mesurée ou si une inflammation spontanée est observée.
Dans le procédé de traitement par passivation selon l’invention, le produit obtenu à l’issue du procédé, c’est-à-dire les résidus siloxaniques enrobés à l’issue de l’étape c., est non réactif (inerte), non corrosif et non auto-échauffant, ledit produit pouvant être manipulé, transporté et stocké à l’air libre dans une installation de stockage de déchets dangereux, ledit produit répondant aux normes en vigueur, par exemple à l’arrêté de stockage du 30 décembre 2012.
Dans le contexte de l’invention, le terme « non auto-échauffant » signifie que les résidus siloxaniques enrobés à l’issue de l’étape c. ne sont plus aptes à s’échauffer spontanément par réaction avec un milieu réactionnel tel que l’air, ... et sans apport d’énergie, tel que décrit dans le test ONU N4.
Dans le contexte de l’invention, le terme « non réactif» signifie que les résidus siloxaniques enrobés à l’issue de l’étape c. ne subissent aucune modification physique, chimique ou biologique et ont un comportement stable vis-à-vis des conditions ambiantes, par exemple eau, air, température, base, acide, ou lorsqu’ils sont en contact avec d’autres déchets stockés dans l’ISDD.
Dans le contexte de l’invention, le terme « non corrosif» signifie que les résidus siloxaniques enrobés à l’issue de l’étape c. n’exercent pas d’action destructrice lorsqu’ils sont en contact avec un tissu vivant.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture des exemples suivants et de la Figure 1 qui illustrent de façon non limitative l'objet de l'invention.
Figure 1. Essai selon l’épreuve ONU N4 : Echantillons avant et après traitement.
A) Première étape : Elimination de l’acidité
Caractérisation des échantillons « résidus siloxaniques à traiter» testés
Les inventeurs ont traité des résidus siloxaniques provenant de plusieurs campagnes de prélèvements. L’analyse par Fluorescence X, dans le Tableau 1 ci-dessous, indique les principaux métaux contenus dans ces résidus siloxaniques à traiter. Ces résidus siloxaniques ont subi un lavage en vue de constituer des échantillons moyens et réaliser des essais de passivation. L’humidité des échantillons prélevés a varié de 60 à 65% selon la durée d’égouttage. L’acidité de ces échantillons (pH) a varié selon la durée du lavage (en moyenne de 3 heures). D’un pH initial <1, le pH des échantillons est passé à un pH > 2 après lavage.
Tableau 1. Exemples d’échantillons de résidus siloxaniques à traiter (en % poids sec)
| Teneur(%) | N°150744 | N°150901 | N°150902 | N°151001 | N°151002 |
| Si total | 44,3 | 40,9 | 51,6 | 40 | 42,4 |
| Si métal | 14 | 6 | 8 | 5 | 11 |
| Fe | 1,4 | 0,916 | 1,322 | 0,7802 | 1,31 |
| Cu | 1,56 | 1,25 | 2,16 | 0,538 | 1,985 |
La teneur en silicium métal a été estimée par une méthode quantitative spécifique de Diffraction des Rayons X montrant une proportion en silicium métal variable en fonction des différents échantillons prélevés (5 à 14%) mais pouvant aller jusqu’à 40%.
Les inventeurs ont pu observer qu’une séparation granulométrique s’opérait lorsque ces échantillons étaient introduits dans de l’eau. Une fraction d’environ 10 à 30% de « flottants » (fraction > 500 pm) ainsi que 70 à 90% de fines de diverses granulométries allant de moins de 8 pm à 500 pm sédimentaient.
Les échantillons contenant davantage de fines avaient un comportement plus réactif vis-à-vis de l’eau. En effet, les inventeurs ont observé lors des essais une réaction de bullage au niveau des mélanges (dégagement probable d’hydrogène), qui était plus ou moins importante selon les échantillons testés. Les particules de silicium métal contenues plus spécifiquement dans les fines ou emprisonnées dans les agglomérats de siloxanes ont conféré au résidu siloxanique son caractère auto-échauffant.
Les autres métaux (Cu, Fe etc...) oxydables pouvaient être également responsables de ce caractère auto-échauffant.
B) Deuxième étape : étape de malaxage-enrobage
Les inventeurs ont appliqué les diverses formulations passivantes suivantes sur des « résidus siloxaniques lavés » différents, contenant des quantités de silicium métal variables.
Exemple 1.
Malaxage avec du silicate de sodium (Na2SiO3)
Les inventeurs ont dans un premier temps utilisé le silicate de sodium Na2SiO3 seul en vue de passiver les échantillons étudiés.
L’utilisation d’une base forte conduit à une oxydation totale du silicium métal en oxyde de silicium et de ce fait à l’élimination du caractère auto-échauffant classé 4.2 selon la réglementation ADR. Cependant, une réaction violente peut avoir lieu avec l’HCI contenu dans les résidus siloxaniques et les métaux présents (Si, Cu, Al, etc...). Il existe également un risque de gonflement à long terme lors du stockage des résidus siloxaniques en cas de contact avec un acide ou une base. La réaction d’oxydation des résidus siloxaniques peut donc s’accompagner d’un dégagement d’hydrogène, plus ou moins important selon le contenu en silicium métal et autres métaux. La voie de l’oxydation de tout le contenu en silicium de ces résidus siloxaniques par une base forte, comme la soude par exemple, n’est donc pas compatible avec une exploitation industrielle. Le procédé développé par Kosenski et al. (US2013/0193372) introduit systématiquement une base forte qui est difficilement gérable compte tenu du dégagement d’hydrogène.
Le rôle du silicate de sodium est double, en agissant d’une part, par oxydation d’une partie du Si métal en silice, mais aussi d’autre part, par enrobage des agglomérats de silicone grâce à la formation d’un gel.
En effet, le silicate de sodium fait partie d'une famille de composés apparentés comprenant l'orthosilicate de soude, Na4SiO4, le pyrosilicate de soude Na6SÎ2O7 et d'autres composés proches, qui sont tous vitreux, très alcalins, incolores et solubles dans l'eau. Le silicate de sodium est stable en solution de pH neutre ou alcalin. Sa densité est de 2,61.
Lorsque des silicates de sodium sont en présence d’eau, l'équilibre suivant s’établit: Na2SiO3 + 3 H2O θ H4S1O4 + 2 NaOH.
Dans une solution acide, l’ion silicate réagit avec les ions H+ pour former de l’acide silicique (H4S1O4) qui, quand il est chauffé et grillé forme le gel de silice, une substance dure et vitreuse. La solubilité de la silice amorphe est faible en milieu neutre mais augmente avec la concentration en ions alcalins et le pH. Cette solubilité est significative à partir de pH 10.
La gélification du silicate de sodium, la nature des gels formés avec du silicate de sodium est similaire aux hydrates de type CSH formés dans les bétons. Le silicate de sodium, injecté dans du béton, stabilise en effet, les sols. Le temps de gélification ainsi que le pH influent également sur la stabilité des gels formés. Le pH doit se situer entre 7 et 9 pour augmenter le temps de gélification. Plus le temps de gélification est long, meilleur est l’enrobage. Les gels de silicate formés doivent être irréversibles et non détruits par l'addition d'eau.
Dans cet Exemple 1, les inventeurs ont testé l’ajout d’une solution de silicate de sodium (SiO2 25,5-28,5% /Na2O 7,5-8,5%), soit avec un ratio molaire (Rm) inférieur à 2. Ce rapport joue sur la spéciation du silicium. En effet, selon le silicate de sodium utilisé (Rm <2 ou >2), les espèces en présence (ions siliciques) ne sont pas les mêmes.
Deux plages de valeurs différentes de pH ont été expérimentées par les inventeurs: pH 7-9 et pH 10-11.
Description de l’essai: Dans un grand bol de malaxeur, 36 g de silicate apporté par la solution de sodium à 24% ont été ajoutés sur 150 g de résidus siloxaniques lavés (humidité 60%). Le pH final était de 12-13. Le silicate et les résidus siloxaniques lavés ont été mélangés à l’aide d’un malaxeurhomogénéiseur de laboratoire de type planétaire pendant 5 minutes. 42 g ou g d’HCI 1,2N ont ensuite été ajoutés pour un ajustement du pH à 10-11 ou
7-9 respectivement (cf. Tableau 2). L’eau a finalement été éliminée par filtration rapide sous vide sur filtre Büchner.
Conclusion : Le résidu siloxanique lavé puis traité au silicate de sodium avec un ratio sur sec Liant/Résidus siloxaniques lavés de 0,6/1 n’était plus auto-échauffant. Cependant, du fait de la quantité trop importante d’acide à rajouter et de la difficulté de maintien du pH dans le mélange pour conserver un gel irréversible, cette voie de malaxage a été améliorée par les inventeurs.
Les inventeurs ont ensuite testé de nombreux silicates d’aluminium hydratés de type argile comme Kaolins et Bentonites (sodiques, calciques, naturelles ou activés) ainsi que d’autres formes de silico-aluminates pouvant être apportées par des matériaux naturels ou par des résidus (ou déchets) de chimie équivalente.
Exemple 2.
Malaxage avec ajout d’un mélange de liants composé d’un mélange de silico-aluminate de calcium hydraté, de gypse ou d’argile de type kaolin ou bentonite (= Mélange A1 ou A2)
Le rôle de l’argile de type kaolin (AI2SÎ2O5(OH)4) ou de la bentonite (Na, Ca)0.33(AI, Mg)2SÎ40io(OH) 2 (H2O)n) est d’apporter une bonne adhérence, un bouchage des pores d’où une imperméabilisation et un piégeage des éléments métalliques responsables du caractère auto-échauffant.
Description de /'essai :
Dans le mélangeur-homogénéiseur, les inventeurs ont introduit 100 g de résidus siloxaniques lavés (humidité moyenne de 60%) puis 100 g d’un mélange Liant A1 ou A2 que les inventeurs avaient préparé au préalable de la façon suivante :
Dans un malaxeur de petite taille, les inventeurs ont introduit :
Mélange A1 = 80 g Silico-aluminate de calcium + 20 g de gypse (CaSO4, 2H2O),
Mélange A2 = 60 g Silico-aluminate de calcium + 20 g d’argile de type kaolin ou bentonite + 20 g de gypse (CaSO4, 2H2O).
Conclusion : Les inventeurs ont obtenu des agglomérats (résidus siloxaniques enrobés) avec des ratios mélange de liants/Résidus siloxaniques lavés de 1,7/1 (mélange A1) ou 1,9/1 (mélange A2) (exprimés en sec) (cf. Tableau 2).
Les agglomérats obtenus ont été mesurés non auto-échauffants au test ONU N4, non réactifs et non corrosifs. Ces agglomérats peuvent de ce fait être transportés sous le code ONU 3190.
Les ratios mélange de liants/Résidus siloxaniques lavés ont ensuite encore été améliorés par les inventeurs.
Exemple 3.
Malaxage avec ajout d’un mélange de liants composé de Kaolin ou Bentonite et du silicate de sodium (= Mélange B)
Dans cet exemple, les inventeurs ont voulu optimiser le mélange de liants ajouté aux résidus siloxaniques lavés, en combinant l’action du silicate de sodium utilisé dans l’Exemple 1, pour ses propriétés gélifiantes et oxydantes, afin de compléter l’action d’enrobage des argiles et ainsi aboutir à une passivation des résidus siloxaniques lavés de bonne qualité. D’autre part, les inventeurs ont fait varier les proportions de liants ajoutés aux résidus siloxaniques lavés en vue de diminuer les ratios de mélange de liants/Résidus siloxaniques lavés.
Description de l’essai : Dans le mélangeur-homogénéiseur, les inventeurs ont introduit 100 g de résidus siloxaniques lavés (humidité moyenne de 60%) et diverses proportions d’un mélange de liants B (de 20% à 90% en poids par rapport aux résidus siloxaniques lavés) que les inventeurs avaient préparé au préalable de la même manière que dans l’Exemple 2 :
Mélange B = 45 g Kaolin ou Bentonite + 55 g de Na2SiO3
En diminuant les proportions du mélange de liants B, les inventeurs ont pu diminuer significativement l’apport d’argile (Kaolin ou Bentonite) et de silicate de sodium dans les mélanges de liants/Résidus siloxaniques lavés (cf. Tableau 2).
Conclusion : Les inventeurs ont obtenu des agglomérats (résidus siloxaniques enrobés) avec des ratios mélange de liants/Résidus siloxaniques lavés allant de 0,26/1 à 1,2/1 (exprimés en sec) (cf. Tableau 2).
Les agglomérats obtenus ont tous été mesurés non auto-échauffants au test ONU N4, non réactifs et non corrosifs avec des ratios mélange de liants/Résidus siloxaniques lavés (exprimés en sec) optimisés. Ces agglomérats peuvent de ce fait être transportés sous le code ONU 3190.
Dans le procédé selon l’invention, le malaxage a été réalisé pendant une durée de 1 à 10 min, préférentiellement 2 à 4 minutes. Ce malaxage est réalisé en deux temps : 1 à 2 min à vitesse minimum du malaxeur puis 1 à 2 min à vitesse moyenne.
Le mélange était devenu rapidement pâteux grâce à la présence d’eau dans les résidus siloxaniques à traiter mais également grâce aux mélanges de liants rajoutés (argiles...). Il n’était donc pas nécessaire d’ajouter d’eau libre, ce qui est un avantage par rapport à d’autres procédés décrits dans l’art antérieur.
Cependant, en fonction des divers types de résidus siloxaniques à traiter, les inventeurs ont observé que la cohésion ou l’adhérence du mélange pouvait, dans certains cas, être encore améliorée par l’ajout d’un superplastifiant (cf. Exemple 4).
Exemple 4.
Malaxage avec ajout d’un mélange composé de Kaolin ou
Bentonite, silicate de sodium et de superplastifiant (= Mélange C)
Le plastifiant permet d’ajouter de la cohésion dans certains mélanges en évitant la formation de grumeaux, grâce à son effet bénéfique de lissage et de bouchage des pores restants.
Le rôle d’un agent superplastifiant, tels que ceux utilisés dans l’industrie des bétons, est de lisser les mélanges et diminuer les apports d’eau. Cet agent superplastifiant peut être rajouté aux mélanges, à raison de 0,5 à 1% en poids du liant.
Dans le mélange de liants de type C dont la composition est décrite ci-dessous, les inventeurs ont ajouté un polyacrylate (défloculant) à très haut pouvoir réducteur d’eau comme agent superplastifiant pour améliorer encore la qualité du liant d’enrobage.
Description de l’essai : Dans les mêmes conditions opératoires que celles mentionnées pour les Exemples 2 et 3, les inventeurs ont ajouté aux 100 g de résidus siloxaniques lavés (humidité moyenne de 60%), un mélange de liants C (de 70% à 90% en poids par rapport aux résidus siloxaniques lavés) que les inventeurs avaient préparé au préalable :
Mélange C = 35 g de Kaolin ou Bentonite + 39 g de Na2SiO3 + 1 g de superplastifiant.
Conclusion : Les inventeurs ont obtenu des agglomérats (résidus siloxaniques enrobés) avec des ratios Liant/Résidus siloxaniques lavés de 0,6/1 à 0,8/1 répondants également aux objectifs (cf. Tableau 2). Ces agglomérats étaient devenus non auto-échauffants au test ONU N4, non réactifs et non corrosifs.
Les diverses proportions de mélanges testées dans le cadre de cette invention sont résumées dans le tableau 2 ci-après.
Tableau 2. Exemples des formulations concluantes décrites dans les Exemples 1 à 4 (avec % des ingrédients exprimés en poids secs)
| o σι | Exemple 4 | | Mélange Liante | | 100 | O ΙΌ | O | O | O | O | O | O | O | O | O | O | O | O | O | O | O | O | O r* | LO ΓΜ | O CM | h» o' | O | t—1 t—1 | 170 | | | Proportions des ajouts par rapport aux résidus siloxaniques lavés (en % poids sec) | | O LO | σ> | t—1 ΙΌ | | RATIOS Liant /Résidus siloxaniques lavés (en % poids sec) | | 0,61 | 0,6/1 | |
| 100 | O ΙΌ | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o σι | ΓΜ m | Φ CM | LO | 6'0 | o | t—1 t—1 | 190 | LO ΙΌ | t—1 t—1 | σ> r» | 0,79 | τ/8'o | |||||
| CO r* Φ LO | Exemple 3 | | Mélange Liant B | | 100 | O ΙΌ | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o CM | σ> | CO | m | o | o | O | O | o | o | t—1 t—1 | O CM rH | O CM | h» | ΙΌ (N | ΙΌ (N o' | 0,26/1 | ||
| 100 | O ΙΌ | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | O | 00 t—1 | Φ | LO | o | o | O | o | o | o | t—1 t—1 | 140 | O | m t—1 | m LO | 0,53 | T/S'O | |||||
| 100 | O ΙΌ | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o r* | (N m | CO CM | σ> | o | o | O | o | o | o | t—1 t—1 | 170 | σ> ΙΌ | m (N | (N σ> | 0,92 | τ/6'o | |||||
| 100 | O ΙΌ | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o σι | t—1 | Φ m | (N t—1 | o | o | o | o | o | o | t—1 t—1 | 190 | σ> 00 | o m | 119 | (N t—1 | 1,2/1 | |||||
| m | Exemple 2 | | Mélange Liant Al ou A2 | | 100 | O ΙΌ | o | o | o | o | 100 | o ΙΌ | o | Φ m | o CM | o (N | (N t—l | Φ r? T-l | o | O | O | O | o | o | o | o | o | o | 00 | O o CM | o | 00 t—1 | en t—1 | 1,9/1 | |||
| 100 | O ΙΌ | o | o | o | o | 100 | O 00 | o | CO | O CM | O | O | O | o | O | o | O | o | o | o | o | o | o | 00 | 200 | o | o | 170 | r* t—1 | t—1 t—1 | |||||
| CM T-l | Exemple 1 | | Silicate de sodium | | 150 | O ΙΌ | o Φ | 150 | ΙΌ m | 00 | o | o | o | o | O | O | O | O | o | O | o | O | o | o | o | o | o | o | en r*. | 384 | o | o ΙΌ | O | ΙΌ o' | 0,6/1 | ||
| 150 | O ΙΌ | o Φ | 150 | ΙΌ m | (N | o | o | o | o | O | O | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o | o (N | TT-0T | 362 | o | o ΙΌ | o | ΙΌ o' | 0,6/1 | |||||
| Ref. Echantillon | | Liste ingrédients LIANT | | Résidus siloxaniques lavés humides (g) | | Humidité (%) | | | Résidus siloxaniques lavés (g poids sec) | | | Silicate de sodium à 24% (g) | | | Silicate de Sodium (g) | | | Acide HCl 1,2N (g) | | Mélange Liant A (g) | | | Alumino-silicate hydraté (g) | | | Humidité (%) | | | Alumino-silicate (g poids sec) | | | Sulfate de calcium (g poids sec) | | 1 Argile (g) | | | Humidité (%) | | | Argile (g poids sec) | | | Mélange Liant B (g) | | 1 Argile (g) | | | Argile (g poids sec) | | | Silicate de Sodium (g) | | | Mélange Liant C (g) | | 1 Argile (g) | | Argile (g poids sec) | | | Silicate de Sodium (g) | | | Superplastifiant (g) | | 1 Eau (g) | | Z Q. | | Total poids mélange (g) | | 1 Argile (%) | | | Silicate de sodium (%) | | | Mélange Liant A, B ou C (%) | | Rapport Liant/Résidus siloxaniques lavés | RATIO Liant/Résidus siloxaniques lavés |
Les différents mélanges ont été testés pour le caractère auto5 échauffant par le test ONU N4. Ces essais ont été réalisés avec un porte-échantillons de 25 mm de côté. Les échantillons ont été portés à la température de 140°C+2°C pendant 24h.
Les résultats de ces tests sur les résidus siloxaniques avant et après passivation selon l’invention sont reportés dans le Tableau 3. Un exemple de courbes de température obtenues avant et après traitement est également illustré dans la Figure 1.
Tableau 3. Exemples de résultats de tests ONU N4
| Ref. Ech. | T°C étuve | T°C max | Ecart T°C entre T°max et T°étuve | Auto-échauffement |
| Témoins | 140 ± 2°C | 612°C | >60°C | OUI |
| 1 | 141± 2°C | 152,1°C | <60°C | NON |
| 2 | 142 ± 2°C | 145,8°C | <60°C | NON |
| 3 | 143 ± 2°C | 145,8°C | <60°C | NON |
| 5 | 144 ± 2°C | 146,6°C | <60°C | NON |
| 6 | 145 ± 2°C | 141,2°C | <60°C | NON |
| 7 | 146 ± 2°C | 145,4°C | <60°C | NON |
| 8 | 147 ± 2°C | 143,3°C | <60°C | NON |
| 9 | 148 ± 2°C | 142,3°C | <60°C | NON |
| 10 | 149 ± 2°C | 148,2°C | <60°C | NON |
Les résultats des tests ONU N4 se sont révélés probants pour des formulations sur des résidus siloxaniques enrobés de réactivité différente.
Le but de la présente invention étant, non seulement de passiver les résidus siloxaniques pour pouvoir les manipuler et transporter aisément, mais aussi de les stocker, les produits obtenus après malaxage avec les différentes formulations décrites précédemment, ont été soumis aux tests de lixiviation selon la norme EN 12457-2.
Pour pouvoir être stocké en installation de stockage de déchets dangereux, un déchet doit répondre aux critères généraux des déchets stabilisés selon l’Arrêté du 30/12/02 relatif au stockage de déchets dangereux.
Le Tableau 4 illustre les résultats des tests de lixiviation pour deux traitements différents (mélanges selon les Exemples 3 et 4 du Tableau 2) par rapport à un résidu siloxanique non traité (témoin).
Tableau 4. Exemples de résultats des tests de lixiviation de résidus siloxaniques enrobés selon le procédé de l’invention (échantillons 2 et
3) par rapport aux résidus siloxaniques à traiter (déchet initial).
| Ref. Ech. | Témoin (Résidu siloxanique non traité) | 2 (Résidu siloxanique enrobé) | 3 (Résidu siloxanique enrobé) | Arrêté du 30/12/02 |
| Caractéristiques physiques du résidu siloxanique (en % poids sec) | ||||
| Siccité | 40,7 | 43,7 | 41,1 | >30 |
| Perte au Feu | 9,4 | 8,8 | 5,2 | <10 |
| Fraction Soluble | 4,4 | 5,5 | 8,6 | <10 |
| Paramètres contrôlés sur éluats (en mg/kg résidu siloxanique sec) | ||||
| PH | 3,3 | 8,2 | 6,9 | 4-13 |
| COT | 892 | 353 | 140 | <1000 |
| Arsenic | <0,50 | <0,50 | <0,002 | <25 |
| Baryum | 0,53 | 1,9 | 2,3 | <300 |
| Cadmium | 0,3000 | <0,10 | 0,017 | <5 |
| Chrome total | 0,60 | <0,10 | <0,005 | <70 |
| Cuivre | 4962 | 0,21 | 96,1 | <100 |
| Mercure | <0,20 | <0,20 | ND | <2 |
| Molybdène | 0,12 | 3,88 | <0,002 | <30 |
| Nickel | 2,12 | <0,10 | 0,21 | <40 |
| Plomb | 0,86 | <0,20 | <0,005 | <50 |
| Antimoine | 0,12 | 1,77 | <0,002 | <5 |
| Sélénium | <0,10 | <0,10 | ND | <7 |
| Zinc | 75,8 | <0,10 | 36,6 | <200 |
| Fluorures | 0,58 | 53,6 | ND | 500 |
Les résultats des tests de lixiviation obtenus ont montré que les deux paramètres principaux non conformes aux valeurs seuils de l’arrêté dans le déchet initial, le pH trop acide ainsi que le cuivre lixiviable, étaient au-dessous des limites acceptées pour le stockage en ISDD et ce même, en 10 faisant varier les proportions relatives des constituants du système liant utilisé. Par ailleurs, le caractère « HP 12 » a été réduit.
En conclusion, le procédé selon l’invention a abouti à une annulation ou réduction du caractère auto-échauffant classé 4.2 selon la réglementation ADR des résidus siloxaniques à traiter, du groupe d’emballage II au groupe d’emballage III et de les transporter en vrac benne, et non plus avec les contraintes liées au transport en ADR (quantités limitées en containers, etc...). Les résidus siloxaniques enrobés obtenus après traitement n’étaient plus corrosifs et ne présentaient plus de réactivité vis-à-vis de l’air et de l’eau ou d’une base (« HP 12 »). Ils étaient donc devenus aisément manipulables et transportables. En outre, ils satisfaisaient aux critères de lixiviation selon l’arrêté de stockage de déchets dangereux.
En résumé, le procédé selon l’invention est avantageux pour les raisons suivantes:
J II s’applique à un déchet spécifique de l’industrie des silicones dont le traitement n’a pas été décrit dans la littérature ;
J L’étape a. de lavage permet de diminuer l’acidité et la fraction soluble afin de respecter le seuil limite d’acceptation en installation de stockage des déchets dangereux;
J Les étapes b. et c. de malaxage-enrobage ne nécessitent pas ou peu d’apport d’eau, contrairement à la plupart des procédés décrits dans la littérature pour le traitement des masses usées issues de l’industrie des silicones, le déchet traité ayant la particularité de contenir cette eau au sein de sa nature hydrophobe ;
J L’utilisation de silicates d’aluminium hydratés de type argile, ou de sulfoaluminates ainsi que d’autres formes de silico-aluminates et de sulfoaluminates, apportées par d’autres matériaux naturels ou par des résidus de chimie équivalente peut être utilisé.
Claims (18)
- REVENDICATIONS1. Procédé de traitement par passivation de résidus siloxaniques obtenus après une étape d’hydrolyse d’organohalogénosilanes, lesdits résidus comprenant des polysiloxanes, en particulier des diméthylsiloxanes, et du silicium métal, dans lequel :a. on effectue un lavage des résidus siloxaniques au moyen d’une solution aqueuse pour diminuer leur acidité;b. on introduit dans un dispositif de malaxage :(i) les résidus siloxaniques lavés à l’issue de l’étape a.; et (ii) une matrice d’enrobage constituée par un liant ou un mélange de liants, lesdits résidus siloxaniques lavés étant préférentiellement introduits dans le dispositif de malaxage avant ladite matrice d’enrobage ; et (iii) optionnellement de l’eau ;c. on malaxe dans le dispositif de malaxage jusqu’à obtention d’un mélange homogène dans lequel au moins le silicium métal est contenu dans la matrice d’enrobage;d. on récupère les résidus siloxaniques enrobés à l’issue de l’étape c.
- 2. Procédé de traitement par passivation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en polysiloxanes est comprise entre 20 et 50% en poids sec par rapport aux résidus siloxaniques à traiter et la teneur en silicium métal est comprise entre 0,1 et 40% en poids sec par rapport aux résidus siloxaniques à traiter.
- 3. Procédé de traitement par passivation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les résidus siloxaniques sont produits au cours de la purge d’un ou plusieurs réacteurs de production d’organohalogénosiloxanes.
- 4. Procédé de traitement par passivation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les résidus siloxaniques comprennent en outre (i) un ou plusieurs polluants minéraux choisis parmi le chlore, le fer et le cuivre et/ou (ii) des traces d’un ou plusieurs métaux choisis parmi le nickel, l’aluminium, le soufre, le calcium, le titane, le zinc, le magnésium, l’étain et le manganèse.
- 5. Procédé de traitement par passivation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le lavage de l’étape a. est effectué par pulvérisation d’eau.
- 6. Procédé de traitement par passivation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les résidus siloxaniques lavés obtenus à l’issue de l’étape a. ont un pH supérieur ou égal à 2.
- 7. Procédé de traitement par passivation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le liant utilisé à l’étape b. est choisi parmi les silicates de sodium, les silicates d’aluminium, en particulier les silicates d’aluminium hydratés, les silicoaluminates calciques, les silicoaluminates sodiques et les sulfoaluminates hydratés de calcium, en particulier l’ettringite.
- 8. Procédé de traitement par passivation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le silicate d’aluminium hydraté est du kaolin ou de la bentonite.
- 9. Procédé de traitement par passivation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le mélange de liants utilisé à l’étape b. comprend au moins deux liants tels que définis dans la revendication 7 ou 8.
- 10. Procédé de traitement par passivation selon la revendication 9, caractérisé en ce que le mélange de liants est préparé avant d’être introduit dans le dispositif de malaxage.
- 11. Procédé de traitement par passivation selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le mélange de liants comprend ou est constitué de (i) kaolin et silicate de sodium ou de (ii) bentonite et silicate de sodium.
- 12. Procédé de traitement par passivation selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le mélange de liants comprend en outre un agent superplastifiant ou un tensioactif, de préférence un agent superplastifiant.
- 13. Procédé de traitement par passivation selon la revendication 12, caractérisé en ce que le mélange de liants comprend en outre un agent superplastifiant, la teneur en agent superplastifiant étant comprise entre 0,5 et 1 % en poids sec par rapport au mélange de liants.
- 14. Procédé de traitement par passivation selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le rapport liant/résidus siloxaniques lavés ou mélange de liants/résidus siloxaniques lavés va de 0,1/1 à 0,9/1 en poids sec, de préférence de 0,2/1 à 0,4/1 en poids sec.
- 15. Procédé de traitement par passivation selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la durée de malaxage à l’étapec. est inférieure ou égale à 10 minutes, de préférence de 1 à 5 minutes et plus préférentiellement de 1 à 2 minutes.
- 16. Procédé de traitement par passivation selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que les étapes b. et c. sont réalisées en l’absence d’eau libre.
- 17. Procédé de traitement par passivation selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les résidus siloxaniques sont des déchets industriels issus d’une réaction d’hydrolyse, ayant une teneur en silicium métal allant de 10% à 40% en poids sec.1/1Température (en Ό Température (en C)700 ............ ......Echantillon initial600 .....P .................500 - - .....................400 ......i -.........300 > ; ----- 200 ..... ï ' 100 - - - - .......0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5Temps (en h)180Echantillon traité160 ’~iSSS=p33ES3^140 ' ............. ............ ....... ‘ ———120 |==Φ—=10080 |--|=—pzxz—6Q |zE—£==ρφ£££££ρΧ£Εφ:^40 |=-=—=g;g=ÉS::E=E/E-:^
- 20 î-=—=.,a_,|.bEiax,a,,£za_^^ ο îxax—X£=a:=fc^0 5 10 15 20 25Temps (en h)
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