WO2000006520A1 - Procede d'elaboration d'une matrice de confinement de dechets - Google Patents

Procede d'elaboration d'une matrice de confinement de dechets Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method of confining urban or industrial waste, in particular waste containing heavy metals. It also relates to a material for confining this type of waste.
  • the object of the present invention is to propose a method of this type which has the advantage of being easy to implement and of low cost.
  • the present invention thus relates to a process for confining waste for storage, characterized in that it comprises the steps consisting in: - constituting a mortar by mixing the waste with a binder of the type likely to be the source a precipitation dissolution reaction leading to hardening,
  • the water collected by the mortar will be eliminated, at least in part, during the compression step.
  • the value of the compression to which the mortar is subjected will preferably be equal to that corresponding to the compressive strength of this material at the time of the development of the resistances therein. In most cases this compression will be of the order of 4 MPa.
  • the present invention therefore also relates to a containment matrix intended in particular for the storage of waste, and particularly of waste containing heavy metals, consisting of a mortar obtained by mixing the waste with a binder of the type capable to be the source of a precipitation dissolution reaction leading to hardening, characterized in that this mortar has been subjected to compression, between the end of its pouring and the instant of development of the resistances in it.
  • the present invention turns out to be particularly advantageous for ensuring the containment of waste containing heavy metals.
  • FIG. 1 is a curve showing the variation in the compressive strength of a cement-based material as a function of the time following the casting thereof.
  • FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of an example of an experimental compression device for testing and implementing the method according to the invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the compression device shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a curve representing the variation in capillary absorption as a function of the curing time of a mortar obtained in a conventional manner and of a mortar obtained according to the invention.
  • This device comprises a mold 1, of standard type, which is formed of a base plate 3 on which are fixed two transverse end plates 5, held on these by bolting, between which are arranged and maintained four longitudinal plates 7 which thus define three dwellings.
  • Each of these housings is closed by a cover 8 which fits between the transverse walls 5 and the longitudinal plates 7.
  • porous plates 9 which are intended to absorb the water collected by the material during compression, as mentioned below. It would also of course be possible according to the invention to provide other means for absorbing this sewage water, as well as means allowing it to be eliminated from the mold by itself, in particular through various orifices provided for this purpose.
  • This assembly is placed in a machine, not shown in the drawing, capable of exerting on each cover 8 a vertical compressive force F.
  • the molded material is compressed from the start of the casting thereof until the instant when the development of the resistances in this material begins, that is to say until instant t r of figure 1.
  • a first batch of test pieces was made up of a standardized mortar obtained from a standardized cement.
  • test pieces were then produced, consisting of a mortar of identical composition, which was prepared as described above.
  • the overall pore volume of each of these two mortars has been shown in table I reproduced below at different curing times.
  • a comparative microscopic study carried out on the distribution of the pores inside the test pieces of the first and second batches of mortar made it possible to establish that the mortars obtained under stress exhibited a greatly reduced macroporosity.
  • test pieces from the two batches of mortar were placed in a humid sandblaster of Fontainebleau, which was covered, so as to avoid any evaporation of water.
  • the sand bed was kept wet for the duration of the test, i.e. for 168 hours.
  • the curve in FIG. 3 shows the variation in capillary absorption as a function of the time during which the test pieces were kept in the humid sand medium, on the one hand for the test pieces of the first batch (curve a) and for the test pieces of the second batch (curve b).
  • capillary absorption is expressed by the formula:
  • the present invention thus makes it possible to constitute, in a simple and economical manner, confinement matrices much more efficient than those of the prior art, making it possible in particular to stabilize, render inert and encapsulate most of the waste, and in particular that containing toxic heavy metals so as to avoid their salting out during leaching.
  • the mortar is made from a cement, it could of course be used in place of it any other binder capable of being the source of a dissolution reaction precipitation leading to hardening.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d'élaboration d'une matrice de confinement en vue du stockage de déchets, et particulièrement de déchets contenant des métaux lourds, comportant les étapes consistant à réaliser un mortier en mélangeant les déchets à un liant du type susceptible d'être la source d'une réaction de dissolution précipitation conduisant à un durcissement, effectuer la coulée de ce mortier. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on soumet ce mortier, entre la fin de sa coulée et l'instant de développement des résistances dans celui-ci, à une compression.

Description

PROCÉDÉ D'ÉLABORATION D'UNE MATRICE DE CONFINEMENT DE DÉCHETS
La présente invention concerne un procédé de confinement de déchets urbains ou industriels, notamment de déchets contenant des métaux lourds. Elle concerne également une matière de confinement de ce type de déchets .
On sait que certains résidus industriels contiennent des produits toxiques lixiviables, et notamment des métaux lourds, en teneurs telles qu'ils sont impropres à un recyclage et que, en conséquence, ils doivent impérativement faire l'objet d'un stockage.
On a proposé dans l'état antérieur de la technique différentes méthodes de stockage permettant de piéger une partie de ces métaux lourds afin de diminuer la quantité de ceux-ci susceptible d'être libérée au cours d'une lixiviation.
La présente invention a pour but de proposer une méthode de ce type qui présente l'avantage d'être d'une mise en oeuvre facile et d'un faible coût.
La présente invention a ainsi pour objet un procédé de confinement de déchets en vue de leur stockage, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: - constituer un mortier en mélangeant les déchets à un liant du type susceptible d'être la source d'une réaction de dissolution précipitation conduisant à un durcissement,
- effectuer la coulée de ce mortier, - soumettre ce dernier, entre la fin de sa coulée et l'instant de développement des résistances dans celui- ci, à une compression.
Afin d'améliorer l'efficacité du procédé suivant l'invention on éliminera, au moins en partie, au cours de l'étape de compression, l'eau resuée par le mortier. Par ailleurs la valeur de la compression à laquelle on soumet le mortier sera de préférence égale à celle correspondant à la résistance à la compression de ce matériau à l'instant du développement des résistances dans celui-ci. Dans la plupart des cas cette compression sera de l'ordre de 4 MPa.
Il a été établi qu'en soumettant à contrainte un mortier, dans des conditions définies suivant l'invention, on améliorait la compacité de celui-ci, c'est-à-dire que l'on diminuait son volume poreux dans des proportions importantes. On a constaté qu'en comprimant le mortier après sa coulée et en arrêtant cette compression dès qu'apparaît dans celui-ci le développement des résistances, on éliminait la mésofissuration et la macrofissuration, c'est-à-dire l'établissement de trajets capillaires au sein du matériau.
On comprend que, dans ces conditions, on réduit de façon très notable les phénomènes de circulation des liquides dans les mortiers.
La présente invention a donc également pour objet une matrice de confinement destinée notamment au stockage de déchets, et particulièrement de déchets contenant des métaux lourds, constituée d'un mortier obtenu en mélangeant les déchets à un liant du type susceptible d'être la source d'une réaction de dissolution précipitation conduisant à un durcissement, caractérisée en ce que ce mortier a été soumis à une compression, entre la fin de sa coulée et l'instant de développement des résistances dans celui-ci.
La présente invention se révèle tout particulièrement intéressante pour assurer le confinement de déchets contenant des métaux lourds.
On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
La figure 1 est une courbe montrant la variation de la résistance à la compression d'un matériau à base de ciment en fonction du temps suivant la coulée de celui- ci.
La figure 2 est une vue en coupe verticale schématique d'un exemple d'un dispositif de compression expérimental permettant de tester et mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention. La figure 3 est une vue en perspective du dispositif de compression représenté sur la figure 1.
La figure 4 est une courbe représentant la variation de l'absorption capillaire en fonction du temps de durcissement d'un mortier obtenu de façon classique et d'un mortier obtenu suivant l'invention.
On sait, suivant l'état antérieur de la technique, que la variation de la résistance à la compression Rc d'un matériau à base de ciment qui vient d'être moulé, en fonction du temps de durcissement de celui-ci, comporte plusieurs parties caractéristiques. En effet, ainsi que représenté sur la figure 1, partant de l'instant 0 de la coulée on constate (partie a de la courbe) que la valeur de la résistance reste non significative jusqu'à un instant tp où débute le durcissement du matériau. La résistance à la compression Rc augmente ensuite (partie b de la courbe) pour arriver, à un instant tr qui représente le début du "développement des résistances" à l'intérieur du matériau, à une partie linéaire (partie b) suivie d'une partie se terminant en palier (partie d) . Une telle courbe peut être obtenue pour chacun des matériaux susceptibles d'être la source d'une réaction de dissolution précipitation conduisant à un durcissement, tels que notamment les matériaux à base de ciments.
On décrira tout d'abord un dispositif de type expérimental qui permet de mettre en évidence les résultats obtenus suivant l'invention. Ce dispositif permet de constituer des éprouvettes de mortier de forme parallélépipédique .
Ce dispositif comprend un moule 1, de type normalisé, qui est formé d'une plaque de base 3 sur laquelle sont fixées deux plaques extrêmes transversales 5, maintenues sur celles-ci par boulonnage, entre lesquelles sont disposées et maintenues quatre plaques longitudinales 7 qui définissent ainsi trois logements. Chacun de ces logements est fermé par un couvercle 8 qui s'encastre entre les parois transversales 5 et les plaques longitudinales 7. On dispose dans le fond du logement ainsi que sous les couvercles 8, des plaques poreuses 9 qui sont destinées à absorber l'eau resuée par le matériau lors de la compression, ainsi que mentionné ci-après. On pourrait également bien entendu suivant l'invention prévoir d'autres moyens permettant d'absorber cette eau resuée, ainsi que des moyens permettant à celle-ci de s'éliminer d'elle-même du moule par le biais notamment de divers orifices prévus à cet effet.
On dispose cet ensemble dans une machine, non représentée sur le dessin, apte à exercer sur chaque couvercle 8 une force de compression verticale F.
Suivant la présente invention, on comprime le matériau moulé depuis le début de la coulée de celui-ci jusqu'à l'instant où débute le développement des résistances dans ce matériau, c'est-à-dire jusqu'à l'instant tr de la figure 1.
On a tout d'abord réalisé un premier lot d' eprouvettes constituées d'un mortier normalisé obtenu à partir d'un ciment normalisé.
On a ensuite réalisé un second lot d' eprouvettes, constituées d'un mortier de composition identique, que 1 ' on a préparé ainsi que décrit précédemment. On a représenté dans le tableau I reproduit ci- après le volume poreux global de chacun de ces deux mortiers à différents temps de durcissement.
On constate que la porosité globale du mortier obtenu sous contrainte est très inférieure à celle du même mortier obtenu de façon classique. TABLEAU I
Figure imgf000008_0001
Cependant, en ce qui concerne l'intérêt de tels mortiers, en tant que moyens de confinement, un facteur essentiel à prendre en considération est la valeur des macroporosités qu'ils comportent puisque l'on sait que ce sont ces dernières qui constituent les chemins traversant le mortier qui autorisent le passage des liquides au travers de celui-ci.
Une étude microscopique comparée menée sur la répartition des pores à l'intérieur des eprouvettes des premier et second lots de mortier a permis d'établir que les mortiers obtenus sous contrainte présentaient une macroporositê fortement diminuée.
Cette étude microscopique a été confirmée par des essais portant sur l'absorption capillaire des deux lots d'échantillons de mortier.
Pour ce faire on a disposé des eprouvettes des deux lots de mortier dans un bac de sable fin de Fontainebleau humidifié que 1 ' on a recouvert, de manière à éviter toute évaporation d'eau. On a maintenu humide le lit de sable pendant toute la durée du test, c'est-à-dire pendant 168 heures .
On a représenté sur la courbe de la figure 3 la variation de l'absorption capillaire en fonction du temps pendant lequel on a maintenu les eprouvettes dans le milieu de sable humidifié, d'une part pour les eprouvettes du premier lot (courbe a) et pour les eprouvettes du second lot (courbe b) . On sait que l'absorption capillaire s'exprime par la formule :
Xj=(Mj-M0)/16 où
- M0 est la masse en grammes de l'éprouvette avant essai,
- Mj est la masse de l'éprouvette après j heures d'absorption capillaire. On constate que les quantité d'eau absorbées par les échantillons de mortier du second lot (échantillons préparés sous contrainte) sont en moyenne égales au tiers de celles absorbées par les échantillons de mortier du premier lot (échantillon de mortier de type classique) . II a également été établi qu'en constituant un mortier dans lequel les déchets que l'on souhaite rendre inertes sont associés au ciment, en remplacement, au moins en partie, du sable, le procédé suivant l'invention permettait de diminuer de façon notable la porosité et les macrofissures, et en conséquence la pénétration des solutions à l'intérieur du mortier.
La présente invention permet ainsi de constituer de façon simple et économique des matrices de confinement beaucoup plus performantes que celles de l'état antérieur de la technique, permettant notamment de stabiliser, de rendre inerte et d'encapsuler la plupart des déchets, et notamment ceux contenant des métaux lourds toxiques de façon à éviter leur relargage au cours d'une lixiviation. Bien que dans l'exemple de mise en oeuvre précédemment décrit le mortier soit constitué à partir d'un ciment, on pourrait bien entendu utiliser à la place de celui-ci tout autre liant susceptible d'être la source d'une réaction de dissolution précipitation conduisant à un durcissement.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Procédé d'élaboration d'une matrice de confinement en vue du stockage de déchets, et particulièrement de déchets contenant des métaux lourds, comportant les étapes consistant à réaliser un mortier en mélangeant les déchets à un liant du type susceptible d'être la source d'une réaction de dissolution précipitation conduisant à un durcissement, effectuer la coulée de ce mortier, caractérisé en ce que l'on soumet ce mortier, entre la fin de sa coulée et l'instant de développement des résistances dans celui-ci, à une compression.
2. - Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que, au cours de l'étape de compression, on élimine, au moins en partie, l'eau resuée par le mortier.
3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la valeur de la compression à laquelle on soumet le mortier est égale à celle correspondant à la résistance à la compression de ce matériau à 1 ' instant du développement des résistances dans celui-ci.
4. - Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que la valeur de la compression est de l'ordre de 4 MPa .
5.- Matrice de confinement destinée notamment au stockage de déchets, et particulièrement de déchets contenant des métaux lourds, constituée d'un mortier obtenu en mélangeant les déchets à un liant du type susceptible d'être la source d'une réaction de dissolution précipitation conduisant à un durcissement, caractérisée en ce que ce mortier a été soumis, entre la fin de sa coulée et l'instant de développement des résistances dans celui-ci, à une compression.
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