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"Produits de briqueterie ayant une teneur en argile portuaire"
L'invention concerne des produits de briqueterie ayant une teneur en argile portuaire et leur procédé de préparation.
Les produits de briqueterie forment le groupe le plus important en quantité des matériaux céramiques utilisés comme matériaux de construction. Les produits de briqueterie sont obtenus par cuisson de limon, d'argile et de masses argileuses contenant des additions de sable, de poussière de brique, de scorie de hauts fourneaux ou de cendres, comme dégraissant, l'argile perdant l'eau d'hydratation ce qui est accompagné par une vitrification partielle et par une formation de pores. La fabrication des produits de briqueterie a lieu en broyant de l'argile dans des moulins à meules verticales ou des broyeurs à marteaux et en la pétrissant avec de l'eau et les dégraissants sur des moulins à meules verticales par voie humide.
La poursuite du traitement comporte un façonnage à travers des boudineuses, dans des presses à excentrique et des presses révolver ou des machines analogues, un séchage dans des séchoirs à chambres ou à tunnel et la cuisson dans des fours annulaires, des fours à moufles ou des fours tunnels, avec chauffage direct ou indirect par du charbon, de l'huile ou du gaz. En ce qui concerne les produits de briqueterie on distingue essentiellement des briques recuites, des pavements pour façades, des éléments de parement et des tuiles ainsi que des briques. Les tuiles peuvent présenter différents façonnages, comme des tuiles creuses, des tuiles à emboîtement ou des tuiles plates.
Les briques sont actuellement normalisées et elles peuvent être réalisées sous la forme de briques pleines ou de briques perforées, ces dernières étant pourvues de perforations qui s'étendent perpendiculairement à deux surfaces de limite parallèles. Lors de la fabrication de produits de briqueterie, on obtient un déchet sous la forme de tuiles concassées ou de poussières de tuiles qu'on broie généralement et qu'on utilise
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comme poussière de tuile dans la céramique en tant que dégraissant pour des argiles grasses et en tant qu'additif colorant dans l'industrie de la pierre artificielle.
Les argiles naturelles sont un composant principal des produits de briqueterie. Par cela on entend des silicates d'aluminium ayant ce que l'on appelle une structure de phyllosilicate et des teneurs en eau différentes. Les minéraux argileux sont subdivisés en différents groupes qui se différencient nettement dans leur composition chimique et dans la structure physique. Les argiles sont extérieurement caractérisées en ce qu'elles gonflent à l'état humide et sont déformables plastiquement, mais en ce que, après le séchage, elles conservent leur forme et durcissent lors de la cuisson avec formation de mullite.
Les gisements naturels d'argile sont essentiellement constitués de particules qui sont formées par desagrégation de minéraux contenant de l'alumine, ne sont pas plus grandes que 2 um et forment également des sables et des argiles grossières en raison de leur force de cohésion.
Si la fraction en ces dernières est élevée, on parle d'argile maigre, tandis que, lorsque les éléments colloïdaux sont plus fortement représentés, on a des argiles grasses. Dans les argiles brunes ou jaunâtres habituelles, il y a des quantités variables de composés du fer, du manganèse, du magnésium, du titane, du phosphore et de l'azote.
Une propriété importante des argiles est leur capacité d'adsorption et de fixation des métaux et métalloïdes les plus divers. Les argiles disposent par conséquent également d'activités d'échanges d'ions et on part actuellement du fait qu'elles peuvent présenter aussi des propriétés catalytiques, en particulier lorsqu'une certaine teneur en ions étrangers est présente.
Cette capacité des minéraux argileux naturels a cependant aussi pour effet que, d'une part, la composition peut être différente selon le gisement et que, d'autre part, tous les minéraux argileux ont tendance à fixer des isotopes radioactifs, et cela partiellement de manière très sélective. Il est connu que la radioactivité de minéraux argileux est nettement augmentée en raison des essais atomiques effectués antérieurement en surface et en raison des accidents connus de réacteurs, car les isotopes sont lavés à partir des aérosols et sont fixés par des minéraux argileux.
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L'argile portuaire ou vase portuaire présente cependant aussi des propriétés essentielles des minéraux argileux naturels ; il s'agit ici de sédiments dans les ports, les fleuves et les pièces d'eau qui sont introduits dans les bassins correspondants par des cours d'eau naturels ou artificiels et qui présentent généralement une plus forte charge en métaux, métalloïdes et composés organiques que les gisements naturels d'argile sur la terre. Dans la suite, par argile portuaire, il faut entendre ces sédiments déposés sous l'eau, indépendamment de leur origine respective. Comme l'argile portuaire doit généralement être éliminée périodiquement ou progressivement à partir des bassins du port, la question se pose de savoir ce qui peut alors se passer avec ces sédiments dragués.
Etant donné la pollution partielle par des métaux lourds et des métalloïdes ainsi que par des composés organiques, une utilisation par exemple dans l'agriculture n'est pas possible sans autre mesure, de sorte que l'argile portuaire est presque partout dans le monde mise en dépôt sur des surfaces à proximité des ports, ce qui soulève des difficultés considérables étant donné la capacité de fixation de l'eau du sédiment. L'utilisation d'argile portuaire au lieu des minéraux naturels d'argile provenant d'un gisement sur la terre pour la fabrication de produits de briqueterie a échoué jusqu'à présent du fait que des difficultés de traitement sont apparues au cours de la cuisson de tels produits.
La pollution des produits de briqueterie préparés en métaux lourds résiduaires, tels que du mercure et de l'arsenic, ont rendu largement impossible une utilisation, car des métaux lourds peuvent être élues à partir du produit fini par une action climatique et en particulier l'action de l'eau.
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Il existe par conséquent un besoin en procédés, par lesquels de l'argile portuaire puisse être traitée en produits de briqueterie qui, dans leur comptabilité vis-à-vis de l'environnement, soient identiques à ceux qui sont fabriqués à partir d'un gisement naturel d'argile, ou qui soient meilleurs que ceux-ci.
D'une manière surprenante, on a à présent constaté qu'il est possible de fabriquer des produits de briqueterie par séchage d'un mélange façonné ayant une teneur d'environ 50 % en argile portuaire et des additions de cendres volantes et de poussière de tuile, le reste étant constitué d'argile terrestre, à des
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températures d'environ 600C et par une cuisson à haute température ultérieure à environ 1300 C, dans des conditions réductrices ou oxydantes, ces produits répondant à toutes les exigences concernant la physique de construction et étant sans danger du point de vue écologique.
Il est apparu qu'une grande part de l'argile terrestre normalement utilisée peut être remplacée par de l'argile portuaire, et cela jusqu'à environ 50 % de la masse globale, lorsque la masse de brique contient en outre jusqu'à 10 % de cendres volantes, comme agent stabilisant, et 10 % de poussière de tuile ayant une répartition de la dimension granulaire comprise entre 0 et 3 mm, comme agent dégraissant. De préférence, la fraction de cendres volantes est d'approximativement 5 % ; le reste de la masse est constitué de minéraux argileux terrestres naturels, courants.
De telles masses ne peuvent cependant pas être traitées selon le procédé courant actuel, lorsqu'on veut empêcher l'apparition d'une pollution de l'environnement par la teneur en métaux et métalloïdes et composés organiques. suivant l'invention, les produits de briqueterie sont par
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conséquent fabriqués de façon que la masse broyée, mise en suspension et façonnée de la manière courante soit soumise à un préséchage à faible température. Les briques façonnées sont, dans des chambres de séchage, séchées à l'aide d'air chaud ayant une température de seulement environ 600C.
Cet air de séchage se compose de l'air d'échappement du four de cuisson et d'une portion d'air frais, la plupart du temps les deux courants d'air étant préchauffés à l'aide d'un brûleur à gaz à environ 1100C et pénétrant ainsi dans le système de chambre de séchage. La température de séchage relativement basse est nécessaire pour empêcher avec sécurité la libération du mercure et de l'arsenic à partir de l'argile portuaire.
Les produits de briqueterie sont alors soumis à une cuisson à haute température d'environ 1300 C, tandis que les températures de cuisson normales sont d'environ 900 à 1000 C. Par cette cuisson à haute température on obtient que la plupart des substances nuisibles, en particulier les métalloïdes, passent sous forme gazeuse. Les gaz de fumée sont à plusieurs reprises recyclés à travers la zone à température élevée de façon que des composés organiques, en particulier des dioxines et des furannes, soient largement dégradés.
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Par la haute température de cuisson, il devient possible de faire passer la plus grande part des substances nuisibles à l'état gazeux de façon que, à l'aide de la technique de filtrage actuellement fortement développée, il soit possible sans plus de maintenir les pollutions de l'environnement à un niveau très bas.
Ainsi que des essais de comparaison l'ont montré, dans ce procédé suivant l'invention les fractions de substances nuisibles dans les gaz de fumée sont inférieures, et même partiellement fortement inférieures, aux concentrations exigées dans l'air TA. Les poussières volantes sont captées dans des filtres et, d'une manière courante, elles sont immobilisées et respectivement traitées, par exemple par coulée dans une matrice de verre. Les substances résiduaires formées au cours du procédé suivant l'invention sont, comme des essais l'ont montré, d'environ 0, 5 à au maximum 1, 5 % de la quantité d'origine.
Celles-ci sont, en tenant compte des obligations de protection du travail, beaucoup plus simples à traiter ou à mettre en dépôt après le procédé, car le besoin spatial est drastiquement diminué. Jusqu'à 98, 5 % de l'argile portuaire subsistent ainsi dans une réutilisation favorable pour l'environnement.
Les produits de briqueterie fabriqués suivant l'invention répondent à toutes les exigences courantes du point de vue de la physique de construction. En fonction du caractère oxydant ou réducteur de la cuisson, on peut obtenir une coloration rouge ou noire bleutée des briques. L'analyse de l'éluat montre que ces briques ne montrent, en comparaison des briques provenant de gisements terrestres naturels, aucune valeur supérieure en matières nuisibles, mais au contraire sont partiellement considérablement situées en dessous dans les valeurs d'éluat. Est particulièrement remarquable le fait que la pollution radioactive dans ces briques fabriquées à partir d'argile portuaire est nettement réduite et qu'elle est environ à seulement 50 % des valeurs habituellement courantes lors de l'utilisation d'argiles provenant de gisements terrestres.
On suppose que la radioactivité relativement élevée des minéraux argileux provenant de gisements terrestres s'explique par la capacité d'adsorption des argiles pour des isotopes radioactifs provenant de l'air environnant, tandis qu'au contraire les sédiments déposés présentent une charge plus faible.
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L'invention va être expliquée dans la suite de manière plus détaillée à l'aide des exemples.
Exemple 1
D'une manière courante, on fabrique une masse brute de brique à partir de 5 % en poids de poussière de tuile présentant une. répartition des dimensions granulaires de 0 à 3 mm, de 5 % de cendres volantes, de 50 % d'argile portuaire et de 40 % d'argile naturelle provenant d'argilières respectivement à exploiter et on façonne celle-ci d'une manière courante. Les briquettes sont alors soumises pendant 4 jours à un préséchage à faible température, avec une température d'air d'environ 60 C et avec un apport d'air frais important, préchauffé.
Les briquettes préséchées sont ensuite introduites dans un four tunnel avec une zone de préchauffage, une zone de chauffage et une zone de refroidissement. La matière à cuire et l'air se déplacent dans le four tunnel à contre-courant. L'air froid entrant est utilisé pour refroidir les produits cuits, il se chauffe dans la zone de chauffage et il sert, dans la zone de préchauffage, au chauffage des produits de briqueterie qui viennent d'être introduits dans le four et il est ensuite dévié dans l'atmosphère par l'intermédiaire de la cheminée, après qu'auparavant l'air ait été guidé 4 à 6 fois à travers le circuit obligatoire prédéterminé, toujours à nouveau à travers la zone d'air chaud. Le four de cuisson a un débit d'environ 60 Mg/d, la perte au feu étant une fraction d'environ 15 % de la masse.
Exemple 2
Pour examiner la pollution possible par une substance nuisible de l'air par le procédé de fabrication suivant l'invention, on effectue, dans l'installation décrite dans l'exemple 1, des analyses de l'air dans la chambre de séchage et dans le gaz d'échappement de la chambre de séchage ainsi que dans le gaz d'échappement du four de cuisson.
Dans l'air d'échappement de la chambre de séchage et dans la chambre de séchage, on n'a pas pu déceler de substances organiques à une limite d'indication comprise entre 5 mg et 10 mg/m3. L'air TA admet pour des substances organiques de la classe 1 une
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valeur de 20 mg/m3. Les pollutions par des composés chlorés et fluorés gazeux, inorganiques, ainsi que par du cadmium, du mercure, de l'arsenic, du cobalt, du plomb et du chrome sont largement en dessous des valeurs admises par l'air TA.
Le gaz d'échappement du four de cuisson présente une charge reconnaissable en substances organiques, par ailleurs inférieure aux valeurs admises. Les composants acide chlorhydrique, acide fluorhydrique et dioxyde de soufre apparaissent certes en des concentrations nettes, mais elles sont nettement inférieures aux valeurs limites critiques. Les courants massiques calculés pour l'acide chlorhydrique et le dioxyde de soufre de 0,16 kg/heure et de 1,45 kg/heure sont toujours encore relativement bas en comparaison des valeurs limites citées de l'air TA de 0,3 kg/heure et respectivement de 5 kg/heure.
Les valeurs pour le cadmium, l'arsenic, le cobalt, le plomb et le chrome sont également non critiques, et ce n'est que pour le mercure que l'on a constaté une concentration importante qui se situe avec environ 0,37 mg/m3 nettement au-dessus de la valeur de l'air TA de 0,2 mg/m3. Des charges de mercure peuvent cependant être presque totalement éliminées par des filtres appropriés.
Exemple 3
En ce qui concerne la teneur en substances éluables ainsi que la teneur globale en métaux et respectivement en métalloïdes importants et la radioactivité, on a comparé des briques fabriquées suivant l'invention avec des briques du marché provenant de différentes briqueteries. L'analyse d'éluat a eu lieu par le Qualitätssicherheitsinstitut Hamburg ; la mesure de radioactivité a eu lieu par le Kernuntersuchungsinstitut Krümel. Les résultats sont donnés dans les tableaux 1 et 2 qui suivent.
Ainsi qu'on peut le prélever de ceci, l'analyse d'éluat montre que les produits de briqueterie suivant l'invention sont tout à fait comparables sous ce rapport avec les produits jusqu'à présent courants. Lors de l'examen de la teneur globale en métaux et métallos- des, une teneur nettement diminuée a pu même être partiellement constatée en comparaison des produits courants dans le commerce et la mesure de la radioactivité montre le résultat surprenant que
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les valeurs sont, pour les briques suivant l'invention, réduites d'environ 50 %.
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Tableau 1 Examens comparatifs de différentes sortes de briques-analyse d'éluat
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<tb>
<tb> Fabricant <SEP> Briqueterie <SEP> Briqueterie <SEP> Briqueterie <SEP> Briqueterie <SEP> Briqueterie <SEP> Brique <SEP> avec <SEP> 50 <SEP> %
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> d'argile <SEP> portuaire
<tb> Quantité <SEP> mg/l <SEP> mg/l <SEP> mg/l <SEP> mg/l <SEP> mg/l <SEP> mg/l
<tb> Valeur <SEP> du <SEP> pH <SEP> 9,7 <SEP> 8,15 <SEP> 7,71 <SEP> 8,88 <SEP> 9,2 <SEP> 9,2
<tb> Zinc <SEP> < <SEP> 0, <SEP> < 0,02 <SEP> < 0, <SEP> 02 <SEP> (0, <SEP> 02 <SEP> < , <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> < .
<SEP> 0,2
<tb> Cadmium <SEP> < 0,00005 <SEP> < 0, <SEP> 00005 <SEP> < 0, <SEP> 00005 <SEP> < 0,00005 <SEP> < 0, <SEP> 00005 <SEP> < 0, <SEP> 00005
<tb> Plomb <SEP> < 0, <SEP> 005 <SEP> < 0, <SEP> 005 <SEP> < 0,005 <SEP> < 0,005 <SEP> < 0, <SEP> 005
<tb> Chrome <SEP> < 0,002 <SEP> < 0, <SEP> 002 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP> 0, <SEP> 0062 <SEP> < 0, <SEP> 002 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 002
<tb> Nickel <SEP> < 0, <SEP> 005 <SEP> 40, <SEP> 005 <SEP> 40, <SEP> 005 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 005 <SEP> < 0,005 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 005
<tb> Fer <SEP> 0,023 <SEP> 1,2 <SEP> 0,0089 <SEP> 0, <SEP> 0059 <SEP> 0,0091 <SEP> 0,
0091
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Tableau 2 Examens comparatifs de différentes sortes de briques - Teneur globale
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<tb>
<tb> Fabricant <SEP> Briqueterie <SEP> Briqueterie <SEP> Briqueterie <SEP> Briqueterie <SEP> Briqueterie <SEP> Brique <SEP> avec <SEP> 50 <SEP> % <SEP> Argile <SEP> brute
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> d'argile <SEP> portuaire <SEP> contenue <SEP> à <SEP> 50 <SEP> %
<tb> dans <SEP> la <SEP> brique
<tb> Quantité <SEP> mg/kg-MS <SEP> mg/kg-MS <SEP> mg/kg-MS <SEP> mg/kg-MS <SEP> mg/kg-MS <SEP> mg/kg-MS
<tb> Arsenic <SEP> 13,53 <SEP> 0,90 <SEP> 3, <SEP> 65 <SEP> 2,67 <SEP> 2,32 <SEP> 3,95
<tb> Plomb <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> < 15 <SEP> < 15 <SEP> < 0, <SEP> 5 <SEP> < 0,5 <SEP> < 0,5
<tb> Cadmium <SEP> < 0, <SEP> 5 <SEP> < 0, <SEP> 5 <SEP> < 0,5 <SEP> < 0, <SEP> 05 <SEP> < 0,05 <SEP> < 0,05
<tb> Chrome <SEP> 28,93 <SEP> 18,
<SEP> 54 <SEP> 46, <SEP> 81 <SEP> 61,60 <SEP> 88,79 <SEP> 28,67
<tb> Cuivre <SEP> 4,09 <SEP> < 1, <SEP> 0 <SEP> < 0, <SEP> 1 <SEP> < 0, <SEP> 1 <SEP> 6,52 <SEP> < 0,1
<tb> Nickel <SEP> 3,99 <SEP> 1,998 <SEP> 9,32 <SEP> 7,32 <SEP> 20, <SEP> 64 <SEP> 2,66
<tb> Mercure <SEP> 0, <SEP> 459 <SEP> 0, <SEP> 646 <SEP> 0,606 <SEP> 0,239 <SEP> 0, <SEP> 486 <SEP> 0, <SEP> 406
<tb> Zinc <SEP> 566 <SEP> 35,09 <SEP> 28,00 <SEP> 30,33 <SEP> 41, <SEP> 625 <SEP> 27,6
<tb> Radioactivité
<tb> Bq/kg <SEP> non <SEP> examinée
<tb> K <SEP> 40-610 <SEP> 380 <SEP> 340 <SEP> 320 <SEP> 260 <SEP> 620
<tb> Pb210- < 5, <SEP> 6 <SEP> < 3, <SEP> 3 <SEP> < 4, <SEP> 6 <SEP> < 3, <SEP> 9 <SEP> < 4, <SEP> 3 <SEP> < 0,3
<tb> Pb <SEP> 214-96 <SEP> 94 <SEP> 38 <SEP> 33 <SEP> 60 <SEP> 810
<tb> Ra <SEP> 226-56 <SEP> 34 <SEP> 29 <SEP> 25 <SEP> 38 <SEP> 69
<tb> Th232
<tb> Th234- < 9, <SEP> 4 <SEP> 18 <SEP> < 7,
<SEP> 4 <SEP> < 7,4 <SEP> < 4,8 <SEP> < 0,64
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