WO2017036835A1 - Procédé de traitement de déchets dangereux et dispositif associé - Google Patents

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WO2017036835A1
WO2017036835A1 PCT/EP2016/069789 EP2016069789W WO2017036835A1 WO 2017036835 A1 WO2017036835 A1 WO 2017036835A1 EP 2016069789 W EP2016069789 W EP 2016069789W WO 2017036835 A1 WO2017036835 A1 WO 2017036835A1
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hazardous waste
waste
geopolymeric
ingot
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Christian Delavaud
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Innoveox
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a method of treating hazardous waste, for example volatile waste in particulate or fibrous form.
  • One method of treatment is to stabilize the waste, for example with a binder of the Portland cement type, and then to keep it in a storage center.
  • Portland cement has a poor carbon footprint. Its mode of production generates significant emissions of greenhouse gases.
  • Another method is the vitrification of waste by plasma torch.
  • the waste is heated to a temperature above 1000 ° C, for example equal to 1800 ° C.
  • This method allows a longer stabilization time.
  • vitrification by plasma torch requires significant energy. It is therefore too expensive to implement on a large scale. Experts believe that this could lead to increased illegal practices in the field of hazardous waste collection to avoid paying taxes related to the treatment of waste collected. Hazardous waste could be abandoned without special treatment or monitoring, which would ultimately be harmful to the environment and to health.
  • Vitrified waste avoids the escape of volatile waste, such as asbestos fiber.
  • the mechanical strength of the vitrified waste is not sufficient to prevent the formation of small chips including asbestos fibers, of such size that they can be inhaled, under the effect of pressure or shock . Since these chips can be inhaled, they are also potentially harmful to humans.
  • An object of the invention is therefore to set up a hazardous waste treatment process that is effective in the very long term and can easily be implemented.
  • the subject of the invention is a method for treating hazardous waste, comprising at least one step of encapsulating the hazardous waste in a first geopolymeric matrix, comprising at least one geopolymeric material, so as to produce at least one ingot inert geopolymeric material in which the waste is embedded.
  • the method according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination:
  • the hazardous waste consists of at least one of the following groups: asbestos fibers, ashes, melting dusts, slag, slag, solid or liquefied sludge and / or wastewater treatment residues;
  • the method comprises a step of second encapsulation, the first matrix comprising the hazardous waste being enveloped by a second geopolymeric matrix devoid of hazardous waste during this second encapsulation, the ingot being surrounded by an envelope formed of the second geopolymeric matrix;
  • the method comprises the following steps:
  • a first casting step of a first part of the second matrix a second casting step of the first matrix comprising the hazardous waste in the first part of the second matrix, and
  • the method comprises a step of mixing the hazardous waste with the first geopolymeric matrix before the realization of the ingot;
  • the method comprises a step of grinding the waste before the mixing step
  • the process comprises a step of adding water and / or chemical adjuvants during the mixing step;
  • the method comprises a step of polycondensation of the ingot formed of the first geopolymeric matrix comprising the hazardous waste;
  • the geopolymeric material of the first geopolymeric matrix comprises metakaolin and the method comprises a step of firing the first geopolymeric matrix comprising hazardous waste at a temperature below 850 ° C .;
  • the process is carried out at least partially in a depressing atmosphere.
  • the invention also relates to a device comprising a mixer and an ingot casting device, the device being able to implement the method as described above.
  • FIG. 1 is a schematic representation in perspective of a device able to implement the method according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing the steps of a first embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 3 is a block diagram showing the steps of a second embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the steps of a third embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic representation of certain steps of the third embodiment of the method.
  • a device 10 for treating hazardous waste is shown.
  • the device 10 is arranged to treat the hazardous waste by encapsulation of waste in a first geopolymeric matrix.
  • the device 10 comprises a mixer 12 and a casting device
  • the device 10 further comprises a desiccator 16, a mill 18, a dosing unit 20 and / or a suction system 22.
  • the mixer 12 comprises at least one wall 24 defining an internal volume.
  • the mixer 12 is able to mix materials in the internal volume.
  • the mixer 12 comprises, for example, at least one worm or kneader extending in the internal volume and whose rotation causes the mixture of products arranged in the internal volume.
  • the mixer 12 comprises at least one inlet 26, 28, 30 and at least one outlet
  • the material in the internal volume of the mixer is able to exit through the outlet 32, for example under the effect of gravity or by suction or pump.
  • the mixer comprises a waste inlet 26, a matrix inlet 28, a liquid inlet 30 and a single outlet 32.
  • the matrix inlet 28 is, for example, connected to a storage area 34 of the matrix by a worm system.
  • the mixer comprises a single input common to the materials.
  • the mixer 12 further comprises an expulsion aperture 36.
  • the casting device 14 comprises at least one inlet and one outlet 38, and at least one mold 39.
  • the outlet 38 is formed by an injection nozzle.
  • the casting device 14 is arranged to move material from its inlet to its outlet 38, for example, using a worm or gravitation.
  • the inlet of the casting device 14 is hermetically connected to the outlet 32 of the mixer 12.
  • the mold 39 is able to be filled by the casting device. It comprises for example an opening on its upper surface, such that the outlet 38 of the casting device is above the opening.
  • the mold 39 comprises a mold cavity having the shape that is desired to achieve, for example, a parallelepiped or the like.
  • the shape of the molding cavity is provided to facilitate demolding.
  • the molding cavity is, for example, substantially frustoconical, so that by turning the mold, the molded element comes out of the mold by simple gravitation.
  • the desiccator 16 comprises at least one wall delimiting a volume.
  • the desiccator 16 is able to open and / or cut a bag containing waste located in the volume.
  • the desiccator 16 comprises an inlet 40 and an outlet 42.
  • the inlet 40 has an open position and a closed position.
  • the inlet 40 is, for example, provided with at least one door.
  • the inlet 40 When the inlet 40 is in the closed position, the inlet is hermetically closed, so as to isolate the volume of the desiccator from the outside environment.
  • the outlet 42 is located on the underside of the wall of the desiccator 16.
  • the desiccator 16 comprises, for example, a blade system in the volume delimited by the wall between the inlet 40 and the outlet 42.
  • the desiccator 16 also includes a suction opening in an upper portion of the volume.
  • the mill 18 is able to grind the bag and the contents of the bag opened by the desiccator to a given grain size.
  • the particle size is between 0.04 microns and 7 cm, in the case of asbestos.
  • the mill 18 forms, for example, a chute comprising an inlet and an outlet.
  • the inlet of the mill 18 is hermetically connected to the outlet of the desiccator
  • the mill 18 is located under the outlet 42 of the desiccator 16, so that the material leaving the desiccator 16 falls by gravity into the mill 18.
  • the outlet of the mill 18 is hermetically connected to the waste inlet 26 of the mixer 12.
  • the mill 18 comprises, for example, between the inlet and the outlet, at least two shafts equipped with grinding blades.
  • One of the shafts is driven by a geared motor, the other shaft (s) being driven by a gear system connecting the shafts between them.
  • Two adjacent shafts rotate in opposite directions of rotation, i.e., the shredding blades of two adjacent shafts converge locally toward the same direction, thereby driving the shredded items in the proper direction.
  • the dosage group 20 is able to measure a quantity of liquid (s) to be injected into the mixer 12.
  • the dosage unit 20 comprises, for example, a mixing tank 44 and at least one liquid storage tank 46, such as a chemical additive, connected to the mixing tank 44.
  • the mixing tank is also connected to a distribution network. 'water.
  • the dosing unit 20 comprises valves for controlling the quantity of each liquid poured into the mixing tank 44.
  • the mixing tank 44 comprises an outlet connected to the liquid inlet 30 of the mixer 12.
  • the connection between the outlet of the mixing tank 44 and the liquid inlet 30 is provided with a valve able to be moved between a open position and a closed position.
  • the suction system 22 comprises at least one air inlet and at least one air expulsion.
  • the suction system 22 is adapted to suck air through the air inlet and to expel it by the expulsion of air, for example, using a pump system.
  • the suction system 22 includes a filter between the air inlet and the air outlet.
  • the filter is able to prevent the passage of dust having a particle size greater than 0.04 microns
  • the suction system 22 here comprises an air inlet connected to the suction opening of the desiccator 16 and an air expulsion connected to the expulsion opening 36 of the mixer 12.
  • the suction system 22 further comprises a second expulsion of air in an upper part, the second expulsion of air being connected to the desiccator.
  • the second expulsion of air is connected to a recovery system.
  • the device is hermetically sealed, except for a main entrance and at least one main exit.
  • the main inlet is the inlet of the desiccator when in the open position and can be sealed when closed.
  • the main output is the output of the casting device 14.
  • the seal is for example provided by various joints in the necessary places.
  • a first embodiment of a process for treating hazardous waste in particulate or fibrous form will now be described with reference to FIG. 2.
  • the method may, for example, be implemented using the device described above.
  • the method comprises the following main steps:
  • the method further comprises the following secondary steps:
  • An operator introduces a closed bag containing hazardous waste to be treated in the desiccator 16 through the inlet 40.
  • the waste is in particulate or fibrous form.
  • the waste includes, for example, asbestos fibers.
  • the bag is opened in the unscrambler 16. The hazardous waste leaves the bag.
  • the bag is for example cut by the blade system between the inlet 40 and the outlet 42 of the desiccator 16.
  • the hazardous waste and the open bag are directed towards the outlet of the desiccator 16, for example by gravity.
  • the suction system 22 is activated. Thus, the hazardous waste that does not fall towards the gravity outlet is sucked into the upper part by the suction system 22. They are filtered, so that the particle size of the waste passing the filter is close to that of the waste output of the grinder. They are then expelled directly into the mixer 12.
  • the hazardous waste and the open bag then enter the mill 18.
  • the open bag is then considered as part of the waste to be treated.
  • the waste is ground in the mill 18.
  • Trees equipped with grinding mill blades are activated for grinding.
  • the waste After the grinding step 102, the waste has a particle size of between
  • the crushed waste enters the internal volume of the mixer 12.
  • the milled waste and a first matrix are introduced into the mixer via the respective inlet 26, 28.
  • the first matrix without waste has a mass concentration of geopolymer material of at least 50%.
  • the geopolymer material is for example a geopolymer mortar, a geopolymer cement, or possibly a geopolymer resin.
  • the first matrix is called geopolymeric.
  • the geopolymers are for example here aluminous alkalins and / or calcium.
  • the matrix is, for example, composed of clays and minerals with a mass concentration of between 20% and 25%, of alkaline aluminous silicates and / or calcium silicates with a mass concentration of between 35% and 40% and cordierite at a mass concentration of between 35% and 40%.
  • the waste and the first matrix are mixed by the mixer 12.
  • a liquid is then introduced into the mixer 12.
  • the liquid comes from the dosing group 20.
  • the liquid comprises for example water and / or chemical additives.
  • the chemical adjuvants are selected from water reducing plasticizers, superplasticizers, setting accelerators, curing accelerators, setting retarders, air entrainers, gas generators and / or water repellents and improve the quality of ingots formed at the device outlet, as will be described later.
  • the waste, the first matrix and the liquid are then mixed by the mixer 12 to form a homogeneous mixture having a viscosity sufficient to run this mixture.
  • the liquid is introduced into the internal volume of the mixer 12 at the beginning of the mixing step 104 parallel to the first matrix.
  • the mixture then leaves the mixer 12 through the outlet 32.
  • the mixture enters the casting device 14 by its inlet.
  • the mixture is moved from the inlet to the outlet 38 of the casting device 14.
  • the mixture then enters the mold, in particular by gravity casting.
  • the filled mold is stored for the polycondensation step 108 in a storage area 50.
  • the polycondensation step comprises for example a waiting step of a given duration.
  • the duration given is between five minutes and five hours, more preferably between ten minutes to one hour.
  • the water contained in the two matrices condenses, resulting in a hardening of the matrices and an evolution of gases H 2 and C0 2 .
  • the mold is opened to let the gas escape.
  • the mixture has cured.
  • the mixture is removed from the mold in a block during the demolding step 1 10.
  • the block forms an inert ingot, that is to say it is not toxic to the environment and to health.
  • the ingot comprises a geopolymeric material, in which the waste is embedded.
  • the ingot is then able to be transported and / or stored.
  • the rigidity of the ingot is between 65 and 1 10 MPa, that is to say that it is able to withstand high pressures or shocks without splinters.
  • the waste is trapped within the ingot.
  • a vacuum pump allows, for example, to set up a vacuum in the mixer 12 with respect to the pressure outside the device 10.
  • the pressure in the mixer 12 is, for example, strictly less than atmospheric pressure and the difference with the atmospheric pressure goes up to - 450 millibar. Thus, the waste is confined in the device.
  • the device is arranged to produce a plurality of ingots by casting the mixture in successive molds.
  • the second embodiment has similarities with the first embodiment. It includes the following main steps:
  • composition of the first matrix differs from the first embodiment.
  • the first matrix here comprises geopolymers comprising metakaolin, more particularly specialized for cooking at low temperature.
  • the matrix is for example composed of clays and minerals, including metakaolin at a mass concentration of between 20% and 25%, aluminous and / or calcium alkali silicates at a mass concentration of between 35% and 40% and cordierite at a concentration of mass concentration between 35% and 40%.
  • metakaolin at a mass concentration of between 20% and 25%
  • aluminous and / or calcium alkali silicates at a mass concentration of between 35% and 40%
  • cordierite at a concentration of mass concentration between 35% and 40%.
  • the filled mold is transferred into an oven (not shown) for the firing step 208.
  • the firing is performed at low temperature, below 850 ° C, and more particularly below 450 ° C.
  • the mold initially passes into at least one preheating compartment, for example it passes successively in three compartments.
  • the mold remains in each compartment for a given period.
  • the preheating compartments have increasing temperatures between 75 ° C and 285 ° C.
  • the mold is transferred to a cooking compartment for the same duration.
  • the cooking compartment has a temperature of between 350 ° C. and 450 ° C., and advantageously substantially equal to 400 ° C.
  • the mold is transferred into at least one cooling compartment for the cooling step 210.
  • the mold passes, for example, successively in three cooling compartments.
  • the mold remains in each compartment for the same duration.
  • the cooling compartments have decreasing temperatures between 10 ° C and 285 ° C.
  • the (s) preheating and cooling compartment (s) are for example in communication two by two, that is to say that an air flow is established between a preheating compartment and a cooling compartment. This allows in particular heat exchanges, allowing energy savings.
  • each compartment includes a number of mussels at one time.
  • the duration of passage in each compartment is fixed by the duration of passage in the cooking compartment, since the molds follow each other in the different compartments. This duration depends on the composition of the matrix. It is, for example, between one hour and five hours.
  • the demolding step 212 proceeds similarly to the first embodiment.
  • the ingot formed by this method has increased durability.
  • the rigidity of the ingot is between 70 MPa and 105 MPa.
  • the third embodiment thus comprises the following main steps:
  • Descaling 300, grinding 302 and mixing 304 are similar to the first embodiment.
  • the first, second and third casting steps 306, 308, 310 will now be described with reference to FIG. 5.
  • a mold 410 is located under a casting assembly 412.
  • the casting assembly 412 includes the casting channel 414, similar to that of the first embodiment.
  • the casting assembly 412 further comprises a neutral channel 416 casting.
  • the neutral channel 416 surrounds the casting channel 414.
  • the neutral channel 416 comprises a ring-shaped outlet surrounding the exit of the casting channel 414.
  • the neutral channel 416 is connected to a source of a second geopolymeric matrix.
  • the second matrix has for example a formulation similar to the first geopolymeric matrix.
  • the second geopolymeric matrix is devoid of hazardous waste.
  • the mold 410 is more particularly located under the outlets of the casting channel 414 and the neutral channel 416.
  • the casting channel 414 and the neutral channel 416 are able to be moved between an open position and a closed position independently of one another by the use of valves 450.
  • the open position allows the passage of material through the outlet of the concerned channel.
  • the closed position prevents the passage of material through the outlet of the concerned channel.
  • the casting channel 414 is in the closed position and the neutral channel 416 is in the open position.
  • a first portion 420 of the second die flows into the mold 410.
  • the first part 420 partially adheres to the inner walls of the mold. This is for example due to the composition of the second matrix, especially the presence of particular chemical adjuvant (s).
  • the first portion 420 has a concave shape defining a free volume 422.
  • the casting channel 414 is moved to the open position and the neutral channel 416 to the closed position.
  • the first matrix 424 comprising the waste in the form of the mixture, flows into the mold 410.
  • the first die 424 flows into the free volume 422 defined by the first portion 420 of the second die and fills it.
  • the casting channel 414 is moved to the closed position and the neutral channel 416 to the open position.
  • a second portion 426 of the second die flows into the mold 410.
  • the second portion 426 flows over the first portion 420 and the first die
  • the second die hermetically coats the first die.
  • the filled mold is closed during the polycondensation step 312, similar to the polycondensation step 108 described in the first embodiment.
  • the mixture is removed from the mold in a block during the demolding step 314.
  • the block forms an inert ingot surrounded by an envelope devoid of hazardous waste.
  • the hazardous waste is trapped within the first matrix, itself surrounded by the second matrix. Containment of waste is ensured by this double encapsulation process and ensures that no waste is flush with the outer surface of the block.
  • the casting steps 106, 206, 306, 308, 310 do not take place with a mold, but with an imprint.
  • the impression is made in second polymeric matrix free of hazardous waste.
  • the method no longer includes a demolding step, and the envelope comprises the imprint.
  • the method described improves the treatment of hazardous waste by encapsulating them in an ingot surrounded by an envelope comprising a geopolymeric matrix. It is possible to combine the teachings of the second and third embodiments by forming an encapsulated ingot using a matrix comprising metakaolin. After casting, the ingot and the shell are then baked and cooled.
  • the geopolymeric matrix is inert, including in the presence of hazardous waste, which avoids chemical degradation of the ingot under normal conditions. The durability of the ingot is thus improved.
  • a marking step of the ingot or the envelope is optionally added to the process.
  • the marking may consist of a barcode or an identifier affixed to the ingot or envelope. Another possibility is to print an identifier on the outer wall of the matrix when it is being hardened.

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Abstract

Le procédé de traitement de déchets dangereux comprend au moins une étape d'encapsulation des déchets dangereux dans une première matrice géopolymérique, comprenant au moins un matériau géopolymère, de sorte à réaliser au moins un lingot inerte de matériau géopolymérique, dans lequel les déchets sont noyés.

Description

Procédé de traitement de déchets dangereux et dispositif associé
La présente invention concerne un procédé de traitement de déchets dangereux, par exemple des déchets volatils sous forme particulaire ou fibreuse.
De nombreux déchets volatils sont particulièrement nocifs, notamment l'amiante ou les cendres de lignite. Il convient donc de traiter ces déchets afin de les rendre inoffensifs.
Une méthode de traitement consiste à stabiliser les déchets, par exemple avec un liant du type ciment Portland, puis de les conserver dans un centre de stockage.
Cependant, aujourd'hui, la stabilisation des déchets par cette méthode est estimée à une durée inférieure à 3 siècles, voire inférieure à un siècle ; c'est-à-dire qu'au bout de cette période, les déchets redeviennent actifs et sont susceptibles de contaminer leur environnement.
Il est intéressant d'augmenter cette durée pour permettre aux recherches sur le traitement des déchets dangereux pour l'homme d'avancer d'autant plus, avant de devoir à nouveau les traiter.
De plus, le ciment Portland présente un mauvais bilan carbone. Son mode de production génère en effet d'importantes émissions de gaz à effet de serre.
Une autre méthode est la vitrification des déchets par torche à plasma. Les déchets sont chauffés à une température supérieure à 1 000°C, par exemple égale à 1 800°C.
Cette méthode permet une durée de stabilisation plus importante.
Cependant la vitrification par torche à plasma nécessite une énergie importante. Elle est donc trop coûteuse pour être mise en œuvre à grande échelle. Des experts pensent notamment que cela pourrait entraîner l'augmentation des pratiques illégales dans le domaine de la collecte des déchets dangereux afin d'éviter de payer les taxes liées au traitement des déchets collectés. Des déchets dangereux pourraient ainsi être abandonnés sans traitement ou surveillance particulière, ce qui serait au final dommageable pour l'environnement et pour la santé.
Les déchets vitrifiés permettent d'éviter tout échappement de déchets volatils, tel qu'une fibre d'amiante. Cependant, la résistance mécanique des déchets vitrifiés n'est pas suffisante pour empêcher la formation de petits éclats comprenant des fibres d'amiante, de taille telle qu'ils peuvent être inhalés, sous l'effet d'une pression ou d'un choc. Dans la mesure où ces éclats peuvent être inhalés, ils sont également potentiellement nocifs pour l'homme.
La méthode par vitrification des déchets n'est donc pas aussi efficace que souhaité. Un objet de l'invention est donc de mettre en place un procédé de traitement de déchets dangereux efficace à très long terme et pouvant facilement être mis en œuvre.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement de déchets dangereux, comprenant au moins une étape d'encapsulation des déchets dangereux dans une première matrice géopolymérique, comprenant au moins un matériau géopolymère, de sorte à réaliser au moins un lingot inerte de matériau géopolymérique, dans lequel les déchets sont noyés.
Le traitement des déchets par encapsulation dans un lingot comprenant un matériau géopolymérique permet d'inerter les déchets, c'est-à-dire de les rendre inoffensifs pour la santé et l'environnement sur une période pouvant aller jusqu'à 10, voire 15 siècles.
Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- les déchets dangereux sont constitués par au moins un des groupes suivants : fibres d'amiante, cendres, poussières de fusion, mâchefers, scories, boues solides ou liquéfiées et/ou Résidus d'Épuration des Fumées d'Incinération des Ordures Ménagères ;
- le procédé comprend une étape de deuxième encapsulation, la première matrice comprenant les déchets dangereux étant enveloppée par une deuxième matrice géopolymérique dépourvue de déchets dangereux au cours de cette deuxième encapsulation, le lingot étant entouré d'une enveloppe formée de la deuxième matrice géopolymérique ;
- le procédé comprend les étapes suivantes :
. une première étape de coulée d'une première partie de la deuxième matrice, . une deuxième étape de coulée de la première matrice comprenant les déchets dangereux dans la première partie de la deuxième matrice, et
. une troisième étape de coulée d'une deuxième partie de la deuxième matrice sur la première partie et la première matrice,
de sorte que la deuxième matrice enrobe hermétiquement la première matrice ; - le procédé comprend une étape de mélange des déchets dangereux avec la première matrice géopolymérique avant la réalisation du lingot ;
- le procédé comprend une étape de broyage des déchets avant l'étape de mélange ;
- le procédé comprend une étape d'ajout d'eau et/ou d'adjuvants chimiques pendant l'étape de mélange ; - le procédé comprend une étape de polycondensation du lingot formé de la première matrice géopolymérique comprenant les déchets dangereux ;
- le matériau géopolymère de la première matrice géopolymérique comprend du métakaolin et le procédé comprend une étape de cuisson de la première matrice géopolymérique comprenant les déchets dangereux à une température inférieure à 850°C ; et
- le procédé se déroule au moins partiellement dans une atmosphère déprimogène.
L'invention a également pour objet un dispositif comprenant un mélangeur et un dispositif de coulée de lingots, le dispositif étant apte à mettre en œuvre le procédé tel que décrit ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un dispositif apte à mettre en œuvre le procédé selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est un schéma fonctionnel représentant les étapes d'un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention,
- la figure 3 est un schéma fonctionnel représentant les étapes d'un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention,
- la figure 4 est un schéma fonctionnel représentant les étapes d'un troisième mode de réalisation du procédé selon l'invention, et
- la figure 5 est une représentation schématique de certaines étapes du troisième mode de réalisation du procédé.
Dans la description, les termes « dessus » et « dessous » sont définis par rapport à la verticale du lieu dans lequel le dispositif de traitement est installé.
La description ci-dessous sera faite dans le cas de déchets volatils sous forme particulaire ou fibreuse, plus particulièrement d'amiante. Cependant, le dispositif et le procédé ci-dessous s'appliquent également à d'autres déchets dangereux, par exemple des cendres, des poussières de fusion, des mâchefers, des scories, des boues solides ou liquéfiées ou des Résidus d'Épuration des Fumées d'Incinération des Ordures Ménagères (ou REFIOM).
Sur la figure 1 , un dispositif 10 de traitement de déchets dangereux est représenté. Le dispositif 10 est agencé pour traiter les déchets dangereux par encapsulation des déchets dans une première matrice géopolymérique. A cet effet, le dispositif 10 comprend un mélangeur 12 et un dispositif de coulée
14.
Le dispositif 10 comprend, en outre, une dessacheuse 16, un broyeur 18, un groupe de dosage 20 et/ou un système d'aspiration 22.
Le mélangeur 12 comprend au moins une paroi 24 délimitant un volume interne.
Le mélangeur 12 est apte à mélanger des matières dans le volume interne. Le mélangeur 12 comprend, par exemple, au moins une vis sans fin ou un malaxeur s'étendant dans le volume interne et dont la rotation entraîne le mélange de produits disposés dans le volume interne.
Le mélangeur 12 comprend au moins une entrée 26, 28, 30 et au moins une sortie
32. La matière dans le volume interne du mélangeur est apte à sortir par la sortie 32, par exemple sous l'effet de la gravité ou par aspiration ou pompe.
Dans l'exemple représenté, le mélangeur comprend une entrée des déchets 26, une entrée de matrice 28, une entrée de liquide 30 et une unique sortie 32.
L'entrée de matrice 28 est, par exemple, reliée à une zone de stockage 34 de la matrice par un système de vis sans fin.
En variante, le mélangeur comprend une unique entrée commune aux matières. Le mélangeur 12 comprend, en outre, une ouverture 36 d'expulsion.
Le dispositif de coulée 14 comprend au moins une entrée et une sortie 38, et au moins un moule 39.
La sortie 38 est formée par une buse d'injection.
Le dispositif de coulée 14 est agencé pour déplacer de la matière de son entrée à sa sortie 38, par exemple, à l'aide d'une vis sans fin ou par gravitation.
L'entrée du dispositif de coulée 14 est hermétiquement reliée à la sortie 32 du mélangeur 12.
Le moule 39 est apte à être rempli par le dispositif de coulée. Il comprend par exemple une ouverture sur sa surface supérieure, telle que la sortie 38 du dispositif de coulée est au-dessus de l'ouverture.
Le moule 39 comprend une cavité de moulage présentant la forme que l'on souhaite réaliser, par exemple, un parallélépipède ou autre.
La forme de la cavité de moulage est prévue pour faciliter le démoulage. La cavité de moulage est, par exemple, sensiblement tronconique, de sorte qu'en retournant le moule, l'élément moulé sort du moule par simple gravitation.
La dessacheuse 16 comprend au moins une paroi délimitant un volume.
La dessacheuse 16 est apte à ouvrir et/ou couper un sachet contenant des déchets situé dans le volume. La dessacheuse 16 comprend une entrée 40 et une sortie 42.
L'entrée 40 présente une position ouverte et une position fermée. L'entrée 40 est, par exemple, dotée d'au moins une porte.
Lorsque l'entrée 40 est en position ouverte, un opérateur est apte à introduire un sachet de déchets dans la dessacheuse 16.
Lorsque l'entrée 40 est en position fermée, l'entrée est hermétiquement fermée, de sorte à isoler le volume de la dessacheuse de l'environnement extérieur.
La sortie 42 est située sur le dessous de la paroi de la dessacheuse 16.
Dans un mode de réalisation, la dessacheuse 16 comprend par exemple un système de lames dans le volume délimité par la paroi entre l'entrée 40 et la sortie 42.
La dessacheuse 16 comprend également une ouverture d'aspiration dans une partie supérieure du volume.
Le broyeur 18 est apte à broyer le sachet et le contenu du sachet ouvert par la dessacheuse à une granulométrie donnée. La granulométrie est comprise entre 0,04 microns et 7 cm, dans le cas de l'amiante.
Le broyeur 18 forme, par exemple, une goulotte comprenant une entrée et une sortie.
L'entrée du broyeur 18 est hermétiquement reliée à la sortie de la dessacheuse
16.
Le broyeur 18 est situé sous la sortie 42 de la dessacheuse 16, de sorte que les matières sortant de la dessacheuse 16 tombent par gravité dans le broyeur 18.
La sortie du broyeur 18 est hermétiquement reliée à l'entrée des déchets 26 du mélangeur 12.
Le broyeur 18 comprend, par exemple, entre l'entrée et la sortie, au moins deux arbres équipés de pales de broyage. Un des arbres est entraîné par un motoréducteur, le(s) autre(s) arbre(s) étant entraîné(s) par un système d'engrenages reliant les arbres entre eux.
Deux arbres adjacents tournent dans des sens de rotation opposés, c'est-à-dire que les pales de broyage de deux arbres adjacents convergent localement vers la même direction, ce qui permet d'entraîner les éléments broyés dans la bonne direction.
Le groupe de dosage 20 est apte à mesurer une quantité de liquide(s) à injecter dans le mélangeur 12.
Le groupe de dosage 20 comprend par exemple une cuve de mélange 44 et au moins une cuve 46 de stockage de liquide, tel un adjuvant chimique, reliée à la cuve de mélange 44. La cuve de mélange est également reliée à un réseau de distribution d'eau. Le groupe de dosage 20 comprend des vannes permettant de contrôler la quantité de chaque liquide versé dans la cuve de mélange 44.
La cuve de mélange 44 comprend une sortie reliée à l'entrée de liquide 30 du mélangeur 12. Le lien entre la sortie de la cuve de mélange 44 et l'entrée de liquide 30 est pourvu d'une vanne apte à être déplacée entre une position ouverte et une position fermée.
Le système d'aspiration 22 comprend au moins une arrivée d'air et au moins une expulsion d'air.
Le système d'aspiration 22 est apte à aspirer de l'air par l'arrivée d'air et à l'expulser par l'expulsion d'air, par exemple, à l'aide d'un système de pompes.
Le système d'aspiration 22 comprend un filtre entre l'arrivée d'air et l'expulsion d'air. Le filtre est apte à empêcher le passage des poussières ayant une granulométrie supérieure à 0,04 microns
Le système d'aspiration 22 comprend ici une arrivée d'air reliée à l'ouverture d'aspiration de la dessacheuse 16 et une expulsion d'air reliée à l'ouverture d'expulsion 36 du mélangeur 12.
Le système d'aspiration 22 comprend en outre, une deuxième expulsion d'air dans une partie supérieure, la deuxième expulsion d'air étant relié à la dessacheuse.
En variante, la deuxième expulsion d'air est reliée à un système de récupération. Le dispositif est hermétiquement fermé, à l'exception d'une entrée principale et d'au moins une sortie principale. L'entrée principale est l'entrée de la dessacheuse lorsqu'elle est en position ouverte et peut être isolée hermétiquement lorsqu'elle est fermée. La sortie principale est la sortie du dispositif de coulée 14.
L'étanchéité est par exemple assurée par divers joints aux endroits nécessaires. Un premier mode de réalisation d'un procédé de traitement de déchets dangereux sous forme particulaire ou fibreuse va maintenant être décrit en référence à la figure 2. Le procédé peut, par exemple, être mis en œuvre à l'aide du dispositif décrit précédemment.
Le procédé comprend les étapes principales suivantes :
- mélange 104, et
- coulée 106.
Le procédé comprend, en outre, les étapes secondaires suivantes :
dessachage 100,
- broyage 102,
- polycondensation 108, et
- démoulage 1 10. Un opérateur introduit un sachet fermé contenant des déchets dangereux à traiter dans la dessacheuse 16 par l'entrée 40. Les déchets sont sous forme particulaire ou fibreuse. Les déchets comprennent par exemple des fibres d'amiante.
A l'étape de dessachage 100, le sachet est ouvert dans la dessacheuse 16. Les déchets dangereux sortent du sachet.
Le sachet est par exemple découpé par le système de lames entre l'entrée 40 et la sortie 42 de la dessacheuse 16.
Les déchets dangereux et le sachet ouvert sont dirigés vers la sortie de la dessacheuse 16, par exemple par gravité.
Le système d'aspiration 22 est activé. Ainsi, les déchets dangereux qui ne tombent pas vers la sortie par gravité sont aspirés dans la partie supérieure par le système d'aspiration 22. Ils sont filtrés, de sorte que la granulométrie des déchets passant le filtre est voisine de celle des déchets en sortie du broyeur. Ils sont ensuite expulsés directement dans le mélangeur 12.
Les déchets dangereux et le sachet ouvert entrent alors dans le broyeur 18. Le sachet ouvert est alors considéré comme faisant partie des déchets à traiter.
A l'étape de broyage 102, les déchets sont broyés dans le broyeur 18.
Les arbres équipés de pâles de broyage du broyeur sont activés afin de réaliser le broyage.
Après l'étape de broyage 102, les déchets ont une granulométrie comprise entre
0,04 microns et 7 cm, dans le cas de l'amiante.
Alternativement seuls les déchets dangereux sont broyés et le sachet ouvert est maintenu dans la dessacheuse. Le sachet ouvert est alors traité séparément des déchets dangereux.
Après l'étape de broyage 102, les déchets broyés entrent dans le volume interne du mélangeur 12.
Au début de l'étape de mélange 104, les déchets broyés et une première matrice sont introduits dans le mélangeur par l'entrée respective 26, 28.
La première matrice sans les déchets a une concentration massique en matériau géopolymères d'au moins 50%. Le matériau géopolymère est par exemple un mortier géopolymère, un ciment géopolymère, ou éventuellement une résine géopolymère. La première matrice est dite géopolymérique.
Les géopolymères sont par exemple ici des alcalins alumineux et/ou calciques. La matrice est par exemple composée d'argiles et minéraux à une concentration massique comprise entre 20 % et 25 %, de silicates alcalins alumineux et/ou calciques à une concentration massique comprise entre 35 % et 40 % et de cordiérite à une concentration massique comprise entre 35 % et 40 %.
Les déchets et la première matrice sont mélangés par le mélangeur 12.
Selon un mode de réalisation, un liquide est ensuite introduit dans le mélangeur 12. Le liquide vient du groupe de dosage 20.
Le liquide comprend par exemple de l'eau et/ou des adjuvants chimiques. Les adjuvants chimiques sont sélectionnés parmi les plastifiants-réducteurs d'eau, les superplastifiants, les accélérateurs de prise, les accélérateurs de durcissement, les retardateurs de prise, les entraîneurs d'air, les générateurs de gaz et/ou les hydrofuges de masse et permettent d'améliorer la qualité des lingots formés en sortie de dispositif, comme cela sera décrit ultérieurement.
Les déchets, la première matrice et le liquide sont alors mélangés par le mélangeur 12 pour former un mélange homogène présentant une viscosité suffisante pour faire couler ce mélange.
Alternativement, le liquide est introduit dans le volume interne du mélangeur 12 au début de l'étape de mélange 104 parallèlement à la première matrice.
Le mélange sort alors du mélangeur 12 par la sortie 32. Le mélange entre dans le dispositif de coulée 14 par son entrée.
Au cours de l'étape de coulée 106, le mélange est déplacé de l'entrée à la sortie 38 du dispositif de coulée 14.
Le mélange entre alors dans le moule, notamment par coulée par gravité.
Puis, le moule rempli est stocké pour l'étape de polycondensation 108 dans une zone de stockage 50.
L'étape de polycondensation comprend par exemple une étape d'attente d'une durée donnée. La durée donnée est comprise entre cinq minutes et cinq heures, plus avantageusement entre dix minutes à une heure.
L'eau comprise dans les deux matrices condense, ce qui entraîne un durcissement des matrices et un dégagement de gaz H2 et C02.
A la fin de l'étape de polycondensation 108, le moule est ouvert pour laisser échapper le gaz. A la fin de l'étape de polycondensation, le mélange a durci.
Après l'étape de polycondensation 108, il n'y a plus d'échappement de gaz, ce qui rend le mélange apte à être stocké sans danger de dégagement de gaz.
Après l'étape de séchage, le mélange est sorti du moule en un bloc au cours de l'étape de démoulage 1 10. Le bloc forme un lingot inerte, c'est-à-dire qu'il n'est pas toxique pour l'environnement et pour la santé. Le lingot comprend un matériau géopolymérique, dans lequel les déchets sont noyés.
Le lingot est alors apte à être transporté et/ou stocké. La rigidité du lingot est comprise entre 65 et 1 10 MPa, c'est-à-dire qu'il est apte à résister à de fortes pressions ou à des chocs sans former d'éclats. Les déchets sont emprisonnés au sein du lingot.
Le procédé se déroule au moins partiellement dans une atmosphère déprimogène. Une pompe à vide permet, par exemple, de mettre en place une dépression dans le mélangeur 12 par rapport à la pression à l'extérieur du dispositif 10. La pression dans le mélangeur 12 est, par exemple, strictement inférieure à la pression atmosphérique et la différence avec la pression atmosphérique va jusqu'à - 450 millibar. Ainsi, les déchets sont confinés dans le dispositif.
Le dispositif est agencé pour réaliser une pluralité de lingots par coulage du mélange dans des moules successifs.
Un deuxième mode de réalisation du procédé va maintenant être décrit en référence à la figure 3. Celui-ci peut être mis en œuvre par un dispositif du type décrit précédemment.
Le deuxième mode de réalisation présente des similarités avec le premier mode de réalisation. Il comprend les étapes principales suivantes :
- mélange 204,
- coulée 206, et
- cuisson 208.
Il comprend en outre les étapes secondaires suivantes :
- dessachage 200,
- broyage 202,
refroidissement 210, et
- démoulage 212.
Seules les différences du deuxième mode de réalisation avec le premier mode de réalisation sont décrites ici.
La composition de la première matrice diffère du premier mode de réalisation.
La première matrice comprend ici des géopolymères comprenant du métakaolin, plus particulièrement spécialisé pour cuire à basse température.
La matrice est par exemple composée d'argiles et minéraux dont du métakaolin à une concentration massique comprise entre 20 % et 25 %, de silicates alcalins alumineux et/ou calciques à une concentration massique comprise entre 35 % et 40 % et de cordiérite à une concentration massique comprise entre 35 % et 40 %. Suite à l'étape de coulée 206, une étape d'attente a avantageusement lieu. L'étape d'attente permet une prise au moins partielle du mélange par polycondensation.
Puis, le moule rempli est transféré dans un four (non représenté) pour l'étape de cuisson 208. La cuisson est réalisée à basse température, inférieure à 850°C, et plus particulièrement inférieure à 450°C.
Au cours de l'étape de cuisson 208, le moule passe dans un premier temps dans au moins un compartiment de préchauffage, par exemple il passe successivement dans trois compartiments. Le moule reste dans chaque compartiment pour une durée donnée. Les compartiments de préchauffage ont des températures croissantes comprises entre 75°C et 285°C.
Puis, le moule est transféré dans un compartiment de cuisson pour la même durée. Le compartiment de cuisson a une température comprise entre 350°C et 450°C, et avantageusement sensiblement égale à 400°C. Suite à l'étape de cuisson 208, le moule est transféré dans au moins un compartiment de refroidissement pour l'étape de refroidissement 210. Le moule passe, par exemple, successivement dans trois compartiments de refroidissement. Le moule reste dans chaque compartiment pour la même durée. Les compartiments de refroidissement ont des températures décroissantes comprises entre 10°C et 285°C.
Le(s) compartiment(s) de préchauffage et de refroidissement sont par exemple en communication deux à deux, c'est-à-dire qu'une circulation d'air s'établit entre un compartiment de préchauffage et un compartiment de refroidissement. Cela permet notamment des échanges thermiques, permettant une économie d'énergie.
Les étapes de cuisson 208 et de refroidissement 210 de plusieurs ensembles de lingots sont faites en parallèle. Par exemple, chaque compartiment comprend un certain nombre de moules à un moment donné. La durée de passage dans chaque compartiment est fixée par la durée de passage dans le compartiment de cuisson, puisque les moules se suivent dans les différents compartiments. Cette durée dépend de la composition de la matrice. Elle est, par exemple, comprise entre une heure et cinq heures.
Suite à l'étape de refroidissement, le moule rempli et le mélange ont une température inférieure à 40°C. Ensuite, l'étape de démoulage 212 se déroule similairement au premier mode de réalisation.
Le lingot formé par cette méthode a une durabilité accrue. La rigidité du lingot est comprise entre 70 MPa et 105 MPa.
Un troisième mode de réalisation du procédé va maintenant être décrit en regard des figures 4 et 5. Le troisième mode de réalisation comprend ainsi les étapes principales suivantes :
- mélange 304,
- première coulée 306,
- deuxième coulée 308, et
- troisième coulée 310.
Il comprend en outre les étapes secondaires suivantes :
- dessachage 300,
- broyage 302,
- polycondensation 312, et
- démoulage 314.
Les étapes de dessachage 300, broyage 302 et mélange 304 sont similaires au premier mode de réalisation.
Les première, deuxième et troisième étapes de coulée 306, 308, 310 vont maintenant être décrites en regard de la figure 5.
Le dispositif décrit précédemment est modifié pour la mise en œuvre du troisième mode de réalisation.
Un moule 410 est situé sous un ensemble de coulée 412.
L'ensemble de coulée 412 comprend le canal de coulée 414, semblable à celui du premier mode de réalisation.
Selon un mode de réalisation, l'ensemble de coulée 412 comprend en outre un canal neutre 416 de coulée.
Le canal neutre 416 entoure le canal de coulée 414. Le canal neutre 416 comprend une sortie en forme d'anneau entourant la sortie du canal de coulée 414.
Le canal neutre 416 est relié à une source d'une deuxième matrice géopolymérique. La deuxième matrice a par exemple une formulation semblable à la première matrice géopolymérique. La deuxième matrice géopolymérique est dépouvue de déchets dangereux.
Le moule 410 est plus particulièrement situé sous les sorties du canal de coulée 414 et du canal neutre 416.
Le canal de coulée 414 et le canal neutre 416 sont aptes à être déplacés entre une position ouverte et une position fermée indépendamment l'un de l'autre par l'utilisation de clapets 450. La position ouverte permet le passage de matière par la sortie du canal concerné. La position fermée empêche le passage de matière par la sortie du canal concerné.
Pendant la première étape de coulée 306, le canal de coulée 414 est en position fermée et le canal neutre 416 est en position ouverte. Une première partie 420 de la deuxième matrice s'écoule dans le moule 410.
La première partie 420 adhère partiellement aux parois intérieures du moule. Cela est par exemple dû à la composition de la deuxième matrice, notamment à la présence d'adjuvant(s) chimique(s) particulier(s).
Après la première étape de coulée 306, la première partie 420 a une forme concave définissant un volume libre 422.
Pendant la deuxième étape de coulée 308, le canal de coulée 414 est passé en position ouverte et le canal neutre 416 en position fermée.
La première matrice 424, comprenant les déchets sous forme du mélange, s'écoule dans le moule 410. La première matrice 424 s'écoule dans le volume libre 422 défini par la première partie 420 de la deuxième matrice et remplit celui-ci.
Puis, pendant la troisième étape de coulée 308, le canal de coulée 414 est passé en position fermée et le canal neutre 416 en position ouverte.
Une deuxième partie 426 de la deuxième matrice s'écoule dans le moule 410. La deuxième partie 426 s'écoule sur la première partie 420 et la première matrice
422.
A la fin de la troisième étape de coulée 310, la deuxième matrice enrobe hermétiquement la première matrice.
Puis, le moule rempli est fermé lors de l'étape de polycondensation 312, semblable à l'étape de polycondensation 108 décrit dans le premier mode de réalisation.
Après l'étape de polycondensation 312, le mélange est sorti du moule en un bloc au cours de l'étape de démoulage 314.
Le bloc forme un lingot inerte entouré d'une enveloppe dépourvu de déchets dangereux.
Les déchets dangereux sont emprisonnés au sein de la première matrice, elle- même entourée par la deuxième matrice. Le confinement des déchets est donc assuré par ce procédé de double encapsulation et permet de s'assurer qu'aucun déchet n'affleure à la surface externe du bloc.
En variante, les étapes de coulée 106, 206, 306, 308, 310 ne se déroulent pas avec un moule, mais avec une empreinte. L'empreinte est réalisée en deuxième matrice polymérique dépourvue de déchets dangereux. Ainsi, le procédé ne comprend plus d'étape de démoulage, et l'enveloppe comprend l'empreinte.
Le procédé décrit améliore le traitement des déchets dangereux en les encapsulant au sein d'un lingot entouré d'une enveloppe comprenant une matrice géopolymérique. Il est possible de combiner les enseignements des deuxième et troisième modes de réalisation, en formant un lingot entouré d'une enveloppe, en utilisant une matrice comprenant du métakaolin. Après coulée, le lingot et l'enveloppe sont ensuite cuits et refroidis.
La matrice géopolymérique est inerte, y compris en présence de déchets dangereux, ce qui évite toute dégradation chimique du lingot dans des conditions normales. La durabilité du lingot est ainsi améliorée.
Pour améliorer la traçabilité des déchets, une étape de marquage du lingot ou de l'enveloppe est éventuellement ajoutée au procédé.
Le marquage peut consister en un code-barres ou un identifiant apposé sur le lingot ou l'enveloppe. Une autre possibilité est d'imprimer un identifiant sur la paroi extérieure de la matrice lorsque celle-ci est en train de durcir.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Procédé de traitement de déchets dangereux, comprenant au moins une étape d'encapsulation des déchets dangereux dans une première matrice géopolymérique, comprenant au moins un matériau géopolymère, de sorte à réaliser au moins un lingot inerte de matériau géopolymérique, dans lequel les déchets sont noyés.
2. - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les déchets dangereux sont constitués par au moins un des groupes suivants : fibres d'amiante, cendres, poussières de fusion, mâchefers, scories, boues solides ou liquéfiées et/ou Résidus d'Épuration des Fumées d'Incinération des Ordures Ménagères.
3. - Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant une étape de deuxième encapsulation, la première matrice comprenant les déchets dangereux étant enveloppée par une deuxième matrice géopolymérique dépourvue de déchets dangereux au cours de cette deuxième encapsulation, le lingot étant entouré d'une enveloppe formée de la deuxième matrice géopolymérique.
4. - Procédé selon la revendication 3, comprenant les étapes suivantes :
- une première étape de coulée (306) d'une première partie (420) de la deuxième matrice,
- une deuxième étape de coulée (308) de la première matrice (424) comprenant les déchets dangereux dans la première partie de la deuxième matrice, et
- une troisième étape de coulée (310) d'une deuxième partie (426) de la deuxième matrice sur la première partie (420) et la première matrice (424),
de sorte que la deuxième matrice (420, 426) enrobe hermétiquement la première matrice (424).
5. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une étape de mélange (104, 204, 304) des déchets dangereux avec la première matrice géopolymérique avant la réalisation du lingot.
6. - Procédé selon la revendication 5, comprenant une étape de broyage (102, 202, 302) des déchets avant l'étape de mélange (104, 204, 304).
7. - Procédé selon la revendication 5 ou 6, comprenant une étape d'ajout d'eau et/ou d'adjuvants chimiques pendant l'étape de mélange (104, 204, 304).
8. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant une étape de polycondensation (108, 312) du lingot formé de la première matrice géopolymérique comprenant les déchets dangereux.
9. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le matériau géopolymère de la première matrice géopolymérique comprend du métakaolin et en ce que le procédé comprend une étape de cuisson (208) de la première matrice géopolymérique comprenant les déchets dangereux à une température inférieure à 850°C.
10. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, se déroulant au moins partiellement dans une atmosphère déprimogène.
1 1 . - Dispositif comprenant un mélangeur et un dispositif de coulée de lingots, le dispositif étant apte à mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
PCT/EP2016/069789 2015-08-28 2016-08-22 Procédé de traitement de déchets dangereux et dispositif associé WO2017036835A1 (fr)

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