FR3040009A1 - MINERAL VITRIFICATION PROCESS AT LOW TEMPERATURE - Google Patents
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Abstract
Procédé de vitrification minérale à basse température s'adressant à des produits minéraux et pulvérulents, secs ou humides qui contiennent des métaux divalents ou multivalents sous une forme disponible dans l'eau. Il est caractérisé par la succession de 2 phases distinctes: a) On met en contact, ou on pulvérise, sur le produit minéral une solution aqueuse de silicate alcalin, en quantité suffisante pour l'agglomérer sous forme de granulés, dans un mélangeur poudre / liquide apte à produire cette granulation. b) On sèche le granulé obtenu et on le déshydrate totalement, c'est à dire en éliminant au moins 95% de l'eau présente dans le granulé obtenu à l'étape a), et de préférence 99%, en le portant à une température comprise entre 100°c et 400°c, dans un appareil industriel de séchage apte à mener cette opération, de façon à obtenir un produit totalement insoluble, vitreux ou amorphe, dans lequel le silicate alcalin est combiné chimiquement à l'ensemble des métaux multivalents présents dans le produit minéral pulvérulent. Le procédé de vitrification minérale à basse température de produits minéraux concerne plus particulièrement des produits résiduaires, tels les résidus d'épuration des fumées d'incinération des ordures ménagères (REFIOM), les résidus miniers, les résidus de la fabrication de l'aluminium, les cendres volantes, les sédiments récupérés dans les installations portuaires et les barrages, dans la mesure ou ils contiennent des métaux multivalents sous forme disponible dans l'eau. L'invention concerne également l'utilisation du procédé pour vitrifier, inerter, immobiliser toutes les formes de déchets minéraux solides ou pulvérulents, secs ou humides, présentant un caractère toxique ou dangereux.Low temperature mineral vitrification process for dry and wet inorganic and powdery products which contain divalent or multivalent metals in a form available in water. It is characterized by the succession of 2 distinct phases: a) An aqueous solution of alkali silicate is contacted with or sprayed on the mineral product, in an amount sufficient to agglomerate it in the form of granules, in a powder / powder mixer. liquid capable of producing this granulation. b) The granulate obtained is dried and completely dehydrated, that is to say by eliminating at least 95% of the water present in the granule obtained in step a), and preferably 99%, bringing it to a temperature of between 100 ° C. and 400 ° C., in an industrial drying apparatus capable of carrying out this operation, so as to obtain a totally insoluble, glassy or amorphous product, in which the alkali silicate is chemically combined with all the multivalent metals present in the powdered mineral product. The low-temperature inorganic vitrification process for mineral products relates more particularly to waste products, such as household waste incineration wastewater treatment residues (REFIOM), mining residues, residues from the manufacture of aluminum, fly ash, sediment recovered from port facilities and dams, as long as they contain multivalent metals in available form in water. The invention also relates to the use of the method for vitrifying, inerter, immobilize all forms of solid or powdery mineral waste, dry or wet, of a toxic or dangerous nature.
Description
PROCEDE DE VITRIFICATION MINERALE A BASSE TEMPERATUREMINERAL VITRIFICATION PROCESS AT LOW TEMPERATURE
DE PRODUITS RESIDUAIRES, ET SES APPLICATIONS INDUSTRIELLES, NOTAMMENT POUR L'INERTAGE DES DECHETS SOLIDES TOXIQUESOF RESIDUAL PRODUCTS, AND ITS INDUSTRIAL APPLICATIONS, IN PARTICULAR FOR THE INERTAGE OF TOXIC SOLID WASTE
Le procédé de vitrification minérale à basse température de produits minéraux résiduaires selon la présente invention s'adresse à des produits minéraux secs ou humides, qui contiennent des métaux divalents ou multivalents sous une forme disponible dans l'eau, et est caractérisé par la succession de 2 phases distinctes: a) On met en contact, ou on pulvérise, sur le produit minéral une solution aqueuse de silicate alcalin, en quantité suffisante pour l'agglomérer sous forme de granulés, dans un mélangeur poudre / liquide apte à produire cette granulation. b) On sèche le granulé obtenu et on le déshydrate totalement, c'est à dire en éliminant au moins 95% de l'eau présente dans le granulé obtenu à l'étape a), et de préférence au moins 99%, en le portant à une température comprise entre 100°c et 400°c, dans un appareil industriel de séchage apte à mener cette opération, de façon à obtenir un produit totalement insoluble, vitreux ou amorphe, dans lequel le silicate alcalin est combiné chimiquement à l'ensemble des métaux multivalents présents dans le produit minéral résiduaire.The low temperature inorganic vitrification process of mineral waste products according to the present invention is directed to dry or wet mineral products, which contain divalent or multivalent metals in a form available in water, and is characterized by the succession of 2 distinct phases: a) An aqueous solution of alkali silicate, in an amount sufficient to agglomerate it in the form of granules, is brought into contact with or sprayed onto the inorganic product in a powder / liquid mixer capable of producing this granulation. b) The granulate obtained is dried and completely dehydrated, that is to say by removing at least 95% of the water present in the granule obtained in step a), and preferably at least 99%, in the at a temperature of between 100 ° C. and 400 ° C., in an industrial drying apparatus suitable for carrying out this operation, so as to obtain a completely insoluble, vitreous or amorphous product, in which the alkali silicate is chemically combined with the set of multivalent metals present in the residual mineral product.
Par forme disponible dans l'eau pour les métaux divalents ou multivalents, on entend l'ensemble des métaux qui peuvent être dosés dans le filtrat d'un test classique de lixiviation, habituellement pratiqué sur les déchets ou les produits résiduaires issus de procédés industriels. Pour avoir les détails de ce test normalisé, on se reportera à la norme NF EN-12457 de décembre 2002. Brièvement décrit, ce test consiste à introduire dans un excès d'eau distillée le produit à analyser, à laisser le mélange en contact sous agitation, puis à filtrer le mélange et à doser les éléments métalliques dans le filtrat par toute technique classique d'analyse, notamment les techniques de mesure spectroscopiques comme la spectrométrie d'absorption atomique (AAS), la spectroscopie d’émission (ICP-OES) ou le couplage à détection ultra-sensible de l'ICP à un spectromètre de masse (ICP-MS).By form available in water for divalent or multivalent metals is meant all metals that can be measured in the filtrate of a conventional leaching test, usually performed on waste or waste products from industrial processes. For the details of this standardized test, reference will be made to standard NF EN-12457 of December 2002. Briefly described, this test consists in introducing into an excess of distilled water the product to be analyzed, to leave the mixture in contact under stirring, then filtering the mixture and assaying the metal elements in the filtrate by any conventional analysis technique, including spectroscopic measurement techniques such as atomic absorption spectrometry (AAS), emission spectroscopy (ICP-OES ) or ultra-sensitive detection coupling of ICP to a mass spectrometer (ICP-MS).
Le procédé selon l'invention peut être appliqué sur toutes sortes de produits minéraux solides ou pulvérulents, secs ou humides, dans la mesure ou ces produits contiennent des métaux multivalents, mais il concerne plus particulièrement l'inertage par vitrification à basse température des résidus minéraux contenant des métaux toxiques sous une forme disponible et se présentant sous forme solide, divisée, pulvérulente. Généralement, les métaux toxiques sont désignés par le terme générique de "métaux lourds". La notion d’éléments-traces métalliques, ou ETM tend à remplacer celle de métaux lourds, qui est une définition relativement imprécise.The method according to the invention can be applied to all kinds of solid or powdery mineral products, dry or wet, insofar as these products contain multivalent metals, but it relates more particularly to inerting by vitrification at low temperature of mineral residues. containing toxic metals in an available form and in solid, divided, pulverulent form. Generally, toxic metals are referred to generically as "heavy metals". The concept of metallic trace elements, or ETM, tends to replace that of heavy metals, which is a relatively imprecise definition.
Dans un de ces brevets précédents, le BF 10 00495, ou WO 2011095702 A1 qui a été accordé, la demanderesse revendique un "Procédé d'amorphisation des amiantes à basse température".In one of these previous patents, BF 00495, or WO 2011095702 A1 which has been granted, the Applicant claims a "low temperature asbestos amorphization process".
Les moyens mis en oeuvre pour obtenir cette amorphisation sont similaires à ceux de la présente demande, mais bien entendu, la finalité est totalement différente et le concept physicochimique exploité est également totalement différent.The means used to obtain this amorphization are similar to those of the present application, but of course, the purpose is totally different and the physicochemical concept exploited is also totally different.
Dans le cas de l'amorphisation de l'amiante, le procédé permet de transformer une structure cristalline, organisée, en une structure amorphe qui ne présente plus de risque pour la santé humaine. Cette transformation s'explique par la propriété des silicates alcalins de s'additionner aux structures siliciques et aussi de rompre ces enchaînements siliciques grâce à leur alcalinité.In the case of amorphization of asbestos, the process makes it possible to transform an organized crystalline structure into an amorphous structure that no longer poses a risk to human health. This transformation is explained by the property of alkali silicates to add to silicic structures and also to break these silicic chains thanks to their alkalinity.
Dans la présente demande, il s'agit d'intégrer les métaux toxiques, disponibles, dans une structure vitreuse insoluble obtenue à basse température. Cette captation des métaux toxiques est réalisée grâce à la double propriété, très particulière des silicates alcalins en solution de se lier d'abord aux métaux multivalents et de retourner ensuite à un état vitreux totalement insoluble par élimination complète de l'eau de la solution du silicate alcalin.In the present application, it is a question of integrating the toxic metals, available, into an insoluble vitreous structure obtained at low temperature. This capture of toxic metals is carried out thanks to the double property, very particular of the alkali silicates in solution to bind first to multivalent metals and then return to a completely insoluble vitreous state by completely removing the water from the solution of the solution. alkali silicate.
De nombreux secteurs d'activités industriels produisent des déchets, qui présentent une toxicité marquée à cause de leur teneur en métaux lourds . Ces résidus proviennent soit de procédés d'incinération (des ordures ménagères par exemple), soit de procédés industriels (procédé d'obtention des alumines et de l'aluminium), soit de la récupération de sédiments encombrants par exemple les barrages ou les installations portuaires...Many industrial sectors produce waste, which is highly toxic because of its heavy metal content. These residues come either from incineration processes (household waste, for example), industrial processes (process for obtaining aluminas and aluminum), or the recovery of bulky sediments, for example dams or port installations. ...
Pour ces raisons, ils peuvent être sous différents formes physiques, par exemple secs, pulvérulents et insolubles pour les résidus d'incinérations, soit humides ou sous forme de suspensions concentrées pour les procédés industriels ou la récupération de sédiments gênant les installations portuaires ou encombrant les retenues de barrage.For these reasons, they can be in various physical forms, for example dry, powdery and insoluble for incineration residues, either wet or in the form of concentrated suspensions for industrial processes or the recovery of sediments hindering the port facilities or dam reservoirs.
Parmi ces secteurs d'activité, l'incinération des ordures ménagères produit des Résidus d’Epuration des Fumées d’incinération des Ordures Ménagères (REFIOM) dont la toxicité et la dangerosité sont dues à la fois à leur teneur en métaux "lourds" ( notamment Plomb, Cadmium, Chrome 6+, Nickel, Arsenic, voire Mercure...) et à leur pulvérulence conduisant à la formation de poussières très fines lors de leurs manipulations. Les résidus d'épuration des fumées d'incinération des déchets industriels ou REFIDI présentent le même type de problème.Among these sectors of activity, the incineration of household garbage produces residues of purification of household waste incineration fumes (REFIOM) whose toxicity and dangerousness are due at the same time to their content of "heavy" metals ( including Lead, Cadmium, Chrome 6+, Nickel, Arsenic or even Mercury ...) and their powderiness leading to the formation of very fine dust during their handling. Residues from the purification of incineration fumes from industrial waste or REFIDI present the same type of problem.
Dans l'art antérieur, plusieurs procédés d'inertage sont utilisés pour conditionner ces résidus toxiques avant leur mise en décharge, comme l'incorporation dans des liants hydrauliques, par exemple, ou dans des bitumes qui sont préalablement fondus ou ramollis.In the prior art, several inerting processes are used to condition these toxic residues prior to their discharge, such as incorporation into hydraulic binders, for example, or into bitumens that are previously melted or softened.
Mais le procédé de l'art antérieur unanimement reconnu comme le meilleur est certainement la vitrification à haute température, qui permet d'obtenir un "verre" complètement inerte et insoluble sous forme de blocs de forte dureté mécanique, qui immobilise de façon définitive les polluants contenus dans le résidu toxique.But the process of the prior art unanimously recognized as the best is certainly vitrification at high temperature, which allows to obtain a "glass" completely inert and insoluble in the form of blocks of high mechanical hardness, which permanently immobilizes pollutants contained in the toxic residue.
En effet l'analyse des REFIOM montre que leur composition correspond assez bien à celle des verres et que donc, un traitement à haute température de l'ordre de 1500 à 1600°c, éventuellement en présence d'un additif fondant, conduira à l'obtention d'un verre totalement insoluble, par fusion du mélange.Indeed the analysis of the REFIOM shows that their composition corresponds quite well to that of the glasses and that therefore, a high temperature treatment of the order of 1500 to 1600 ° C, possibly in the presence of a flux additive, will lead to obtaining a totally insoluble glass, by melting the mixture.
Malheureusement les procédés de vitrification à haute température sont extrêmement onéreux ce qui empêche leur développement à une échelle qui pourrait correspondre aux volumes de REFIOM à traiter (400 000 tonnes /an environ pour la France). De plus les capacités installées, en France notamment, sont très faibles relativement aux volumes à traiter et sont en général réservées à l'inertage de déchets les plus dangereux, comme les amiantes friables.Unfortunately vitrification processes at high temperature are extremely expensive which prevents their development on a scale that could correspond to the volumes of REFIOM to treat (400 000 tons / year for France). In addition, the installed capacities, in France in particular, are very small relative to the volumes to be treated and are generally reserved for the inerting of the most dangerous waste, like the friable friends.
Le procédé de vitrification minérale à basse température selon l'invention permet de résoudre ce problème et d'obtenir les meilleurs résultats d'inertage et d'immobilisation pérenne des métaux lourds toxiques à un coût très inférieur.The low temperature mineral vitrification process according to the invention makes it possible to solve this problem and to obtain the best results of inerting and long-term immobilization of toxic heavy metals at a much lower cost.
Le tableau ci-dessous, qui donne un aperçu de la composition de quelques types de verre, permettra de mieux comprendre le concept de l'invention et du procédé de vitrification "froide" :The table below, which gives an overview of the composition of some types of glass, will provide a better understanding of the concept of the invention and the "cold" vitrification process:
Les composants qui sont toujours présents dans tous les cas de formulation de verre sont au nombre de deux : - la silice Si02 est le composant principal en masse : Dans le langage des verriers , il est qualifié d'élément "formateur de réseau". - Le second élément indispensable est un produit très alcalin, qui est soit de la soude sous forme d'oxyde de sodium Na20, soit de la potasse sous forme d'oxyde de potassium K20, ces alcalins pouvant être apportés dans le procédé sous forme de carbonates. Les autres bases alcalines qu'il serait possible d'utiliser sont celles basées sur les autres éléments alcalins du tableau de Mendeleïev, notamment le Lithium. Ces alcalins sont qualifiés par les verriers du terme de "fondant", ou rupteur de réseau.The components that are always present in all cases of glass formulation are two in number: Si02 silica is the main component en masse: In the language of glassmakers, it is called element "network trainer". The second indispensable element is a very alkaline product, which is either soda in the form of sodium oxide Na 2 O or potash in the form of potassium oxide K 2 O, these alkalis can be introduced into the process in the form of carbonates. The other alkaline bases that could be used are those based on the other alkaline elements of the Mendeleyev table, notably Lithium. These alkalis are qualified by the glass makers of the term "flux", or network breaker.
Les autres composants des différents verres sont des métaux divalents ou multivalents, sous forme d'oxydes qui confèrent aux produits vitreux obtenus des propriétés particulières. Etant donné qu'ils sont divalents ou multivalents, ils participeront également à la structure amorphe du verre obtenu comme formateurs de réseau, par la création de liaisons du type -O-Si-O-Me-O-Si-O, qui peuvent avoir un caractère tridimensionnel, Me étant un métal divalent ou multivalent. Ces liaisons fortes contribuent à rendre les verres totalement insolubles dans l'eau. La figure 1 en annexe montre schématiquement dans une vue plane, mais qui peut être tridimensionnelle, l'insertion de plomb (b) disponible dans la structure d'un silicate alcalin (a), insertion accompagnée d'un pontage renforçant la structure vitreuse insoluble. Le plomb, dans ce cas, se substitut à deux terminaisons Si-ONa, ou éventuellement à des terminaisons Si-OH quand le milieu n'est pas anhydre.The other components of the different glasses are divalent or multivalent metals, in the form of oxides which give the vitreous products obtained particular properties. Since they are divalent or multivalent, they will also participate in the amorphous structure of the glass obtained as network formers, by creating bonds of the type -O-Si-O-Me-O-Si-O, which may have a three-dimensional character, Me being a divalent or multivalent metal. These strong bonds help to make the glasses completely insoluble in water. Figure 1 in the appendix shows schematically in a plan view, but which may be three-dimensional, the insertion of lead (b) available in the structure of an alkali silicate (a), insertion accompanied by a bridging reinforcing the insoluble glassy structure . Lead, in this case, is a substitute for two Si-ONa terminations, or possibly Si-OH terminations when the medium is not anhydrous.
Le tableau ci-dessous déjà cité mentionne le calcium, le magnésium, l'aluminium, le plomb, mais on peut y ajouter sans problème les métaux lourds ou de transition tels le cadmium, le nickel, le chrome, le fer, le cuivre...The table below already mentioned mentions calcium, magnesium, aluminum, lead, but we can easily add heavy metals or transition metals such as cadmium, nickel, chromium, iron, copper. ..
Si02 B203 AI203 Na20 K20 CaO MgO PbOSi02 B203 AI203 Na2O K20 CaO MgO PbO
Verre plat 72 2 12 10 3Flat glass 72 2 12 10 3
Verre bouteilles 73 1 15 10Glass bottles 73 1 15 10
Verre typeGlass type
Pyrex 81 12,5 2,5 4 1Pyrex 81 12.5 2.5 4 1
Fibres de verres 55 8 15 0,5 18 4,5Fiberglass 55 8 15 0.5 18 4.5
Verre cristal 55 12 33Crystal glass 55 12 33
Verre de lampes 73 1 16 1 5 4Glass of lamps 73 1 16 1 5 4
De façon habituelle, pour obtenir des produits à structure vitreuse, il est nécessaire de fondre les mélanges de ces divers éléments à une température très élevée, de l'ordre de 1400 à 1800°c.In the usual way, to obtain products with a glassy structure, it is necessary to melt the mixtures of these various elements at a very high temperature, of the order of 1400 to 1800 ° C.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir une structure amorphe, insoluble et fermée sans avoir recours à des températures aussi élevées, - en mettant en oeuvre un silicate alcalin en solution aqueuse, ladite solution aqueuse étant ajoutée ou pulvérisée sur un produit minéral, insoluble, sec ou humide, contenant des métaux divalents ou multivalents, - puis en faisant subir une déshydratation poussée à ce mélange solide, de façon à en extraire pratiquement toute l'eau qui est apportée par la solution de silicate alcalin, c'est à dire au moins à 95% , et de préférence à 99%.The process according to the invention makes it possible to obtain an amorphous, insoluble and closed structure without resorting to such high temperatures, by employing an alkali silicate in aqueous solution, said aqueous solution being added or sprayed onto a mineral product, insoluble, dry or wet, containing divalent or multivalent metals, and then by dehydrating the solid mixture to such a degree as to extract practically all the water which is brought by the alkaline silicate solution; say at least 95%, and preferably 99%.
Des températures comprises entre 100 et 400 °c sont suffisantes pour effectuer cette déshydratation.Temperatures between 100 and 400 ° C are sufficient to effect this dehydration.
En effet, le silicate alcalin en solution (appelé aussi dans le langage des hommes de l'art "verre soluble") apporte, dans le procédé, la silice et l'élément alcalin fondant, mais sous une forme déjà solubilisée dans l'eau et disponible pour la formation d'un verre par une voie aqueuse,Indeed, the alkali silicate in solution (also called in the language of those skilled in the art "soluble glass") provides in the process, the silica and the alkaline element melting, but in a form already solubilized in water and available for the formation of a glass by an aqueous route,
Et le produit insoluble, minéral contenant des métaux divalents ou multivalents apporte les éléments métalliques nécessaires à l'obtention d'une structure "vitreuse" définitivement insoluble après déshydratation.And the insoluble, mineral product containing divalent or multivalent metals provides the metal elements necessary to obtain a "vitreous" structure that is definitely insoluble after dehydration.
Par silicate alcalin qui peut être utilisé dans le procédé de vitrification minérale à basse température de produits minéraux, on entend un silicate alcalin en solution tel un silicate de sodium, de potassium ou de lithium (Me), mais de préférence un silicate de sodium, qui présente un rapport molaire Si02/Me20 compris entre 0,5 et 4, et de préférence entre 2 et 3,5, et qui se trouve en solution dans l'eau dans une proportion silicate alcalin /eau comprise entre 1 et 55%, et de préférence entre 30 et 45%.The alkali silicate that can be used in the low temperature inorganic vitrification process of inorganic products is understood to mean an alkali silicate in solution such as sodium, potassium or lithium (Me) silicate, but preferably sodium silicate, which has a molar SiO 2 / Me 2 O ratio of between 0.5 and 4, and preferably between 2 and 3.5, and which is in solution in water in an alkali silicate / water proportion of between 1 and 55%, and preferably between 30 and 45%.
Le procédé de vitrification minérale à basse température de produits minéraux secs ou humides, selon l'invention peut être mis en œuvre dans tout appareil industriel de mélange dans lequel le silicate alcalin en solution est mis en contact ou pulvérisé sur le produit minéral, par exemple un appareil tournant ou un appareil de granulation.The low-temperature mineral vitrification process of dry or wet mineral products according to the invention can be implemented in any industrial mixing apparatus in which the alkali silicate in solution is brought into contact with or sprayed on the mineral product, for example rotating apparatus or granulation apparatus.
Le procédé selon l'invention est aussi caractérisé en ce que la proportion pondérale entre le silicate alcalin en solution et le produit minéral, exprimé en produit sec, mis en contact à l'étape a) du procédé est comprise entre 5 et 60%, cette proportion étant modulable selon les caractéristiques physiques de surface spécifique et de porosité du produit minéral, éventuellement résiduaire, à traiter.The process according to the invention is also characterized in that the weight ratio between the alkali silicate in solution and the mineral product, expressed as dry product, brought into contact with step a) of the process is between 5 and 60%, this proportion being adjustable according to the physical characteristics of specific surface and porosity of the mineral product, possibly residual, to be treated.
Le procédé de vitrification minérale à basse température de produits minéraux secs ou humides selon l'invention est caractérisé en ce que l'appareil industriel de séchage mis en œuvre pour l'étape b) du procédé est un four tournant ou un séchoir éventuellement rotatif, chauffé par toute forme d'énergie directe ou indirecte possible et capable de porter le mélange solide issu de l'étape a) à une température comprise entre 100 et 400°c.The low temperature mineral vitrification process of dry or wet mineral products according to the invention is characterized in that the industrial drying apparatus used for step b) of the process is a rotary kiln or an optionally rotary dryer, heated by any form of direct or indirect energy possible and capable of bringing the solid mixture from step a) to a temperature between 100 and 400 ° C.
Le procédé de vitrification minérale à basse température de produits minéraux et pulvérulents, secs ou humides, selon l'invention, est enfin caractérisé en ce que les produits sont des produits résiduaires, tels les résidus d'épuration des fumées d'incinération des ordures ménagères ( REFIOM), les résidus miniers, les résidus de la fabrication de l'aluminium, les cendres volantes, les résidus minéraux des désengorgement de ports ou de barrages appelées "vases portuaires", dans la mesure ou ils contiennent des métaux multivalents sous forme disponible dans l'eau.The low-temperature inorganic vitrification process of mineral and pulverulent products, dry or wet, according to the invention, is finally characterized in that the products are waste products, such as residues for the purification of incineration fumes from household waste. (REFIOM), mining residues, residues from aluminum production, fly ash, mineral residues from decongestion of ports or dams known as "port vessels", insofar as they contain multivalent metals in available form in water.
La présente invention concerne également l'utilisation du procédé selon la revendication 1 pour vitrifier, inerter, immobiliser toutes les formes de déchets minéraux solides et pulvérulents présentant un caractère toxique ou dangereux.The present invention also relates to the use of the method according to claim 1 for vitrifying, inerter, immobilize all forms of solid and powdery inorganic waste having a toxic or dangerous character.
Le procédé selon l'invention permet par exemple d'obtenir une vitrification des REFIOM et leur inertage définitif à basse température, c'est à dire à une température située entre 100 et 400°c. L’analyse chimique type d'un REFIOM est approximativement la suivante : - SÎ02 : 22 % poids - CaO : 29 % pds - Al203 : 13% pds - MgO : 3 % pds soit de l’ordre de 65-70 % de la masse totale du REFIOM.The process according to the invention makes it possible, for example, to obtain a vitrification of the REFIOMs and their definitive inerting at low temperature, ie at a temperature of between 100 and 400 ° C. The typical chemical analysis of a REFIOM is approximately as follows: - SiO 2: 22% by weight - CaO: 29% by weight - Al 2 O 3: 13% by weight - MgO: 3% by weight, ie around 65-70% by weight total mass of the REFIOM.
Le reste est constitué de chlorures NaCI, KCI, de sulfates, de carbonates ou de bicarbonates et d’autres composés annexes, dont environ 6 % d’oxydes de métaux lourds (Pb, Zn, Cu, et dans une mesure moindre Cd, Ba, Cr, Sn...).The remainder consists of NaCl, KCl, sulphate, carbonate or bicarbonate chlorides and other related compounds, of which about 6% are heavy metal oxides (Pb, Zn, Cu, and to a lesser extent Cd, Ba). , Cr, Sn ...).
Le procédé selon l'invention consiste à mouiller, à granuler, puis à enrober le REFIOM, qui est un produit pulvérulent et sec de par son procédé d'obtention, avec un silicate alcalin en solution, silicate de formule nSi02, Me20, avec n compris entre 0,5 et 3,5, et Me = Na, K, ou Li, puis à traiter thermiquement le granulat obtenu de manière à éliminer pratiquement totalement l'eau du granulat.The process according to the invention consists in wetting, granulating and then coating the REFIOM, which is a pulverulent and dry product by its method of production, with an alkali silicate in solution, silicate of formula nSiO 2, Me 2 O, with n between 0.5 and 3.5, and Me = Na, K, or Li, then heat-treated the granulate obtained so as to eliminate almost completely the water of the aggregate.
En effet les solutions de silicates alcalins génèrent par séchage, soit des produits solubles à température ambiante, si on conserve 20% d'eau après le séchage, soit des produits insolubles régressant en produit vitreux totalement insolubles si on les sèche plus fort en conservant seulement entre 0 et 5% d'eau .In fact, the solutions of alkaline silicates generate, by drying, either products which are soluble at room temperature, if 20% of water is retained after drying, or insoluble products regressing into a completely insoluble vitreous product if they are dried harder while only preserving them. between 0 and 5% water.
Mais bien entendu le résultat de vitrification et l'insolubilisation totale sont encore meilleurs si le séchage se fait en présence de métaux multivalents, qui participent à la condensation des silicates alcalins par des pontages multiples entre les motifs siliciques ioniques présents dans les solutions aqueuses de silicate, ce qui est précisément le cas pour les REFIOM.But of course the vitrification result and the total insolubilization are even better if the drying is done in the presence of multivalent metals, which participate in the condensation of alkali silicates by multiple bypasses between the ionic silicic units present in the aqueous silicate solutions , which is precisely the case for REFIOMs.
Les métaux lourds présents dans les REFIOM sont donc valorisés par leur capacité a réagir avec les silicates alcalins en solution en formant des réseaux vitreux insolubles. Les métaux lourds responsables de la toxicité sont donc doublement "immobilisés" parce qu'ils sont chimiquement liés à la structure vitreuse et aussi occlus dans cette matrice vitreuse, ce qui est un mécanisme de capture bien supérieur au simple enrobage physique dans une matrice plus ou moins poreuse.The heavy metals present in the REFIOMs are therefore valued by their ability to react with the alkaline silicates in solution by forming insoluble glassy networks. The heavy metals responsible for the toxicity are therefore doubly "immobilized" because they are chemically related to the glass structure and also occluded in this vitreous matrix, which is a mechanism of capture much greater than the simple physical coating in a matrix more or less porous.
Exemple 1Example 1
Dans un mélangeur granulateur de laboratoire du type Lodige, on place 10 kg de REFIOM ayant la composition énoncée plus haut.In a laboratory granulator mixer of the Lodige type, 10 kg of REFIOM having the composition stated above is placed.
On met en marche le mélangeur et on pulvérise lentement 4,5 kg d'une solution de silicate de sodium de formule 3,5 Si02, Na20, contenant 34% de matières sèches.The mixer is started and 4.5 kg of a solution of sodium silicate of formula 3.5 SiO 2, Na 2 O, containing 34% solids, is slowly sprayed.
Dans un premier temps les fines particules de REFIOM sont granulées jusqu'à atteindre la taille de 1 à 2 mm, puis, si on poursuit l'ajout de silicate en solution elles sont enrobées par un film liquide silicate légèrement collant.First, the fine particles of REFIOM are granulated to a size of 1 to 2 mm, then, if the addition of silicate in solution is continued, they are coated with a slightly sticky silicate liquid film.
Le mélange est ensuite introduit dans un séchoir rotatif et séché par de l'air chaud à 250 - 300 °c jusqu'à ce que la masse de produit résiduel soit de 11,55 kg.The mixture is then introduced into a rotary drier and dried with hot air at 250-300 ° C until the residual product mass is 11.55 kg.
Le produit obtenu est un granulé dense très dur, insoluble dans l'eau, à caractère vitreux dans lequel le silicate en solution a été transformé en produit à caractère vitreux par la réaction avec les métaux multivalents présents dans le REFIOM et par un séchage avec moins de 0,5% d'eau résiduelle par rapport au silicate liquide introduit dans le processus de granulation.The product obtained is a very hard dense granulate, insoluble in water, with a vitreous nature in which the silicate in solution has been transformed into a vitreous product by the reaction with the multivalent metals present in the REFIOM and by drying with less 0.5% residual water relative to the liquid silicate introduced into the granulation process.
Les tests de lixiviation, même prolongés, ne montrent aucun entrainement des métaux lourds, qui sont donc totalement "immobilisés".The leaching tests, even prolonged, show no entrainment of heavy metals, which are therefore completely "immobilized".
Exemple 2Example 2
Dans l'exemple 2 est décrite une autre forme de l'invention, non préférée, mais qui peut cependant être mis en œuvre pour inerter des produit résiduaires à caractère toxique qui contiennent encore des quantités notables d'eau de procédé, et qui peuvent être sous forme de boues, de slurry ou de gâteaux de filtrationIn Example 2 is described another form of the invention, not preferred, but which can however be implemented to inert toxic waste products which still contain significant amounts of process water, and which can be in the form of sludge, slurry or filter cakes
Dans de tels cas, le procédé selon l'invention peut être inadapté pour une raison de coût, car la quantité d'eau à évaporée pour aboutir à la vitrification à basse température par déshydratation totale du mélange obtenu à l'étape a) sera telle que la quantité de calories à mettre en œuvre sera trop élevée.In such cases, the process according to the invention may be unsuitable for a cost reason, because the amount of water evaporated to result in vitrification at low temperature by total dehydration of the mixture obtained in step a) will be such that the amount of calories to be implemented will be too high.
Cette autre forme, non préférée, de l'invention consiste à utiliser des silicates alcalins, ou plutôt des silicates de sodium sous leur forme solide, solubles dans l'eau à température ambiante, ce qui évite de mettre en œuvre un produit en solution, qui apporte un supplément d'eau indésirable les silicates de sodium solides et solubles, en poudre ou en granulés, contiennent environ 20 % d'eau, au lieu de à 55 à 65 % d'eau pour les silicates de sodium en solution. Ces teneurs en eau de 20% environ conservées au moment de leur séchage assurent une bonne solubilisation dans l'eau.This other, non preferred form of the invention consists in using alkali silicates, or rather sodium silicates in their solid form, which are soluble in water at room temperature, which avoids the use of a product in solution. which provides an undesirable water supplement the solid and soluble sodium silicates, powder or granules, contain about 20% water, instead of 55 to 65% water for the sodium silicates in solution. These water contents of about 20% preserved at the time of drying ensure good solubilization in water.
Egalement, des silicates de sodium solides et solubles dans l'eau sont disponibles commercialement sous forme de co-granulés Silicate / carbonate de sodium, et pourront être utilisés dans le cadre non préféré de l'invention, la présence de carbonate pouvant apporter vis à vis des métaux dits "lourds" un supplément d'insolubilisation sous forme de carbonate de métaux divalents ou multivalents, donc insolubles. L'exemple 2 concerne plus précisément l'inertage des produits résiduaires de la métallurgie de l'aluminium, qui sont appelés communément "boues rouges"Also, solid and water-soluble sodium silicates are commercially available in the form of co-granules Silicate / sodium carbonate, and may be used in the non-preferred context of the invention, the presence of carbonate being able to provide vis-a-vis of the so-called "heavy" metals an insolubilization supplement in the form of carbonate of divalent or multivalent metals, thus insoluble. Example 2 relates more specifically to the inerting of the residual products of aluminum metallurgy, which are commonly known as "red mud".
Le produit résiduaire industriel mis en oeuvre dans l'exemple 2 à la composition approximative suivante :The industrial waste product used in Example 2 has the following approximate composition:
Si02 5,5 % AI203 10%Si02 5.5% AI203 10%
Fe203 35 %Fe203 35%
CaO 2 %CaO 2%
MgO 0,5%0.5% MgO
Ti02 1,0% P205 2,0 % C02 10%Ti02 1.0% P205 2.0% C02 10%
Eau 35,5 %Water 35.5%
Il s'agit d'une "boue rouge" issue de la fabrication de l'aluminium, épaissie par filtration ou par évaporation partielle de l'eau du procédé.It is a "red mud" resulting from the manufacture of aluminum, thickened by filtration or by partial evaporation of the process water.
Dans un malaxeur de laboratoire on introduit 1000 g de cette "boue", et on ajoute 300 g d'un produit commercial en granulé contenant du silicate de sodium sous forme soluble et du carbonate de sodium, le nom commercial de ce produit étant Nabion, vendu en France par la société Novabion. Ce produit contient un peu d'eau sous forme liée au silicate de sodium, mais apporte beaucoup moins d'eau dans le système qu' un silicate de sodium en solution aqueuse.1000 g of this "sludge" are introduced into a laboratory mixer, and 300 g of a granular commercial product containing sodium silicate in soluble form and sodium carbonate are added, the trade name of this product being Nabion, sold in France by the company Novabion. This product contains some water in the form of sodium silicate, but provides much less water in the system than a sodium silicate in aqueous solution.
Après un malaxage à température ambiante pendant 10 mn, on obtient un produit granulaire légèrement collant, qui est soumis à un traitement thermique à 280 °c pendant 2 heures dans un four tournant de laboratoire chauffé par des résistances électriques.After mixing at room temperature for 10 minutes, a slightly sticky granular product is obtained, which is subjected to a heat treatment at 280 ° C. for 2 hours in a laboratory rotary kiln heated by electric resistances.
Après le traitement thermique, le produit obtenu est un granulat dur, qui contient moins de 1 % d'eau ( mesurée par la perte à 550°c pendant 2 heures) totalement insoluble dans l'eau . Le test de lixiviation pratiqué selon la norme NF EN-12457 montre qu'il y a moins de 5 mg/litre de métaux divalents qui sont entraînés dans l'eau .After the heat treatment, the product obtained is a hard granulate, which contains less than 1% water (measured by the loss at 550 ° C for 2 hours) completely insoluble in water. The leaching test carried out according to standard NF EN-12457 shows that there is less than 5 mg / liter of divalent metals which are entrained in water.
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