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WO1993013830A1 - Procede et installation pour le traitement depolluant des residus industriels de gypses de synthese - Google Patents

Procede et installation pour le traitement depolluant des residus industriels de gypses de synthese Download PDF

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WO1993013830A1
WO1993013830A1 PCT/FR1993/000019 FR9300019W WO9313830A1 WO 1993013830 A1 WO1993013830 A1 WO 1993013830A1 FR 9300019 W FR9300019 W FR 9300019W WO 9313830 A1 WO9313830 A1 WO 9313830A1
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WO
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product
installation according
crusher
heating
installation
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Application number
PCT/FR1993/000019
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Françoise DUPRE
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Publication date
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    • A62D2203/10—Apparatus specially adapted for treating harmful chemical agents; Details thereof

Definitions

  • the present invention relates to a process and its implementation in an installation allowing the almost total elimination of these three main nuisances to result in a variety of anhydrite.
  • the process consists in a first phase of concentrating part of the impurities and part of the acidity in the steam coming from a microwave oven, this condensable steam being made available to manufacturers who can extract the impurities and neutralize the acids, then, in a second phase, to transform, in a flow of hot air, the synthetic gypsum into an almost insoluble product whose final solidification ensures the sequestration of residual impurities.
  • Another object of the present invention is to provide an installation allowing the manufacture of anhydrite from residual synthetic gypsum.
  • Another object of the present invention is to provide an industrial waste treatment installation based on synthetic gypsum.
  • Another object of the present invention is to provide mobile units for this treatment.
  • the invention relates to a process for treating industrial synthetic gypsum which makes it possible to prevent the vapor flow produced by the dehydration of a given molecule from coming into contact with another already dehydrated molecule.
  • Gypsum waste is always rejected in the form of mud. After drying, we have a compact product, agglomerated into coherent blocks whose size can be reduced to around one centimeter by simple shaking. The desiccation is done by heating the waste by means of microwaves which have the characteristic of effectively heating only the water of imbibition, impregnation, (not chemically bound) and also have the property of drying materials while leaving from their center. Thus the vapor flow only crosses molecules which are still hydrated and the energy consumption is minimal since it is the water itself (therefore the gypsum) which heats and not the structure of the oven, and allows in particular a supply the temperature inside the cooking zone must be able to go up to 120 ° C. To reach such a temperature, the frequencies of the electromagnetic waves can be between 0.01 MHz and 10 8 MHz. The vapors are recovered by condensation and made available to manufacturers who can neutralize acids and extract impurities.
  • the product obtained after this first phase is dry and very brittle.
  • the product to be treated must have the largest possible heat exchange surface.
  • the process relating to this second phase consists in treating the powder in a stream of air advantageously heated between 180 ° C and 200 ° C and at a speed sufficient to keep the powder in suspension for the time necessary for the thermal equilibrium to be reached, knowing that the first molecule of water escapes around 128 ° C and the second molecule around 163 ° C.
  • the product is easily divided into friable powder but the insertion at the head of the circuit of a continuous bar mill makes it possible to refine the residual blocks of material to be treated.
  • the product is freed from its water of constitution so that one can speak of an "anhydrization".
  • the product obtained by this process has the characteristics of a particularly efficient hydraulic binder close to a variety of high strength plaster, for example of the gypsum hemihydrate or bassanite type.
  • This process has the advantage of not needing any chemical contribution.
  • This process also has the advantage of allowing the treatment of sludges having less than 70% relative humidity without prior preparation.
  • This process also has the advantage of allowing almost complete depollution of industrial residues without generating any pollution in the operation of its treatment installation.
  • This process has the characteristic of being a low consumer of electrical energy.
  • This process has the advantage of causing almost zero mechanical stress, therefore of preserving wear and deformation of the parts of the installation.
  • the residues to be treated are loaded automatically into a hopper.
  • the latter pours a quantity of residue determined by a weighing system into a baking oven (1);
  • the cooking oven (1) is based on the principle of the tunnel oven, that is to say that the products to be cooked are introduced intermittently into the cooking zone which will be hermetically sealed at its two ends.
  • This oven consists of a cooking zone which will use the energy supplied by electromagnetic wave generators. This area will be sealed by two doors, one (2) in the upper area, the other (3) in the lower area.
  • This cooking zone is usefully equipped with an acid vapor condenser (4) for recycling purposes.
  • a thermocouple and a humidity tester usefully equip this cooking zone. The opening and closing of these two doors are controlled by synchronous cylinders.
  • the dried product is conveyed by a continuous system (5) which feeds by gravity a flow control silo (6).
  • This silo is made of stainless steel. Its shape is conical. It is vertical with a large opening at the top and a smaller opening at the bottom.
  • This silo is equipped, inside, with a helical screw (7) without end which makes it possible to regulate the flow of flow of the dried product towards the low evacuation zone. Mouth low outlet is fitted with an adjustable hopper (8) allowing the flow rate of the dried product to be changed as desired.
  • This silo does not need to be heated directly: it simply works in a controlled temperature zone. The dried product is ejected from the control silo according to the controlled flow and, by simple gravitation, passes through a sieve cutter located immediately below the adjustable hopper (9).
  • the dried and sieved product is subjected to the current of hot air from a paddle fan (10) which creates a pneumatic flow allowing the transport of the dried product in a heated environment at 200 ° C. Behind this fan, at the fresh air inlet, is an electrical resistance (11) intended to heat the air called. This air flow propels the dried powdered product through a grinder-heater.
  • the air flow created by the fan allows the dried powder product to be transported through a continuous mill (12).
  • This cylindrical grinder has a length proportional to the speed of transport of the powder so that the thermal equilibrium is reached.
  • the cylinder is driven in a rotational movement by two gears (13) at each of its ends. Inside the cylinder are rollers of stainless steel resting without constraint at the bottom of the cylinder and free of any movement.
  • the interior of the cylinder is brought to the required temperature by a set of electrical resistors (14) arranged on the external surface of the cylinder with which they are integral.
  • this grinding cylinder can be carried out by replacing the electrical resistances with a polar liquid inside a cylinder with double insulated walls, boiling only at above 250 ° C, this installation having the advantage of an energy efficiency higher than the installation previously described.
  • the heating system then constituted by a burner can be located behind the paddle fan, the cylinder then being only provided with roughness over the entire length of its interior surface.
  • this grinding cylinder is mounted on an orientable frame (15). To prevent the grinding rollers from falling from the inclined cylinder, by the effect of the rotation, the lower end of the cylinder is partially closed by a disc pierced with outlets (16) allowing the powder to be extracted therefrom.
  • This disc is usefully provided with an inner belt on its smallest diameter thus preventing the crushing rollers from jumping out of the moving cylinder. Over a length of 10 cm preceding this same lower end, the cylinder is pierced on its walls with identical drainage holes.
  • a recovery system (17) for residual vapors is located at the lowest point of the cylinder immediately after the product has left the product.
  • the dried product is collected at the outlet of the grinder-heating cylinder by a stainless steel pipe which folds the pneumatic flow down towards a stall or a conveyor belt.
  • the installation according to the invention comprises a single microwave oven and a single grinder-heater cylinder.
  • the installation can also include even more depending on production requirements.
  • the installation then comprises several microwave ovens arranged in a "star” around a silo which distributes the dried product to as many grinder-heating cylinders also arranged in a "star".

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Abstract

Selon le procédé, les résidus à traiter sont d'abord soumis à une cuisson par ondes électromagnétiques puis à un flux pneumatique en milieu chauffé pour obtenir un matériau inerte sous forme d'anhydrite. Installation caractérisée en ce que les résidus à traiter sont soumis à pesage, introduits dans un four de cuisson à ondes électromagnétiques (1 à 4), convoyés dans un silo de régulation équipé d'une vis hélicoïdale (5 à 8), désagrégés et tamisés (9), propulsés par un flux pneumatique (10 et 11) dans un cylindre broyeur à barres chauffant (12 à 17), puis récupérés sous forme de poudre d'anhydrite.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION POUR LE TRAITEMENT DEPOLLUANT DES RESIDUS INDUSTRIELS DE GYPSES DE SYNTHESE
On sait actuellement qu'un énorme problème de stockage des déchets de gypses de synthèse se pose dans 5 le monde entier. Ces entreposages présentent les nuisances suivantes essentielles :
- nuisance due aux sulfates qui, sous forme colloïdale, suivent les mouvements des eaux souterraines
- nuisance due aux "impuretés" contenues dans ces gypses 10 et principalement composées par les fractions non récupérées du produit élaboré de l'usine productrice
- nuisance due à l'acidité des lixiviats, susceptible de remobiliser les métaux, notamment les métaux lourds.
D'une façon générale il est difficile, voire
15 impossible, de faire disparaître un corps gênant ; il convient donc de transformer ces boues, en 1'espèce, en un matériau inerte analogue somme toute aux roches minérales dont beaucoup sont issues.
Pour n'entraîner aucune nuisance un corps doit 20 être :
- solide, pour qu'il ne se répande pas hors du lieu où il a été déposé
- inerte chimiquement et en particulier insoluble, d'une part parce qu'un corps "insoluble" n'est pratiquement
25 jamais toxique ne pouvant être assimilé par des "* organismes vivants, et d'autre part parce que les eaux de ruissellement peuvent alors être au contact de ce ^ corps sans modification de leur composition.
Une telle transformation de résidus industriels 30 toxiques en un matériau inerte constitue un traitement ultime et d'une complète nouveauté.
La présente invention est relative à un procédé et à sa mise en oeuvre dans une installation permettant l'élimination quasi-totale de ces trois nuisances principales pour aboutir à une variété d'anhydrite.
Selon la présente invention, le procédé consiste dans une première phase à concentrer une partie des impuretés et une partie de l'acidité dans la vapeur issue d'un four à microondes, cette vapeur condensable étant remise à disposition des industriels qui pourront en extraire les impuretés et neutraliser les acides, puis, dans une seconde phase, à transformer, dans un flux d'air chaud, les gypses de synthèse en un produit quasi insoluble dont la prise en masse définitive assure la séquestration des impuretés résiduelles.
La réhydration ne pouvant intervenir qu'une seule fois il est indispensable d'éviter que le flux de vapeur produit par la déshydration d'une molécule arrive au contact d'une autre déjà déshydratée. Un autre but de la présente invention est de fournir une installation permettant la fabrication d'anhydrite à partir de gypses résiduels de synthèse.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir une installation de traitement des déchets industriels à base de gypse de synthèse.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir des unités mobiles pour ce traitement.
L'invention porte sur un procédé de traitement des gypses industriels de synthèse permettant d'éviter que le flux de vapeur produit par la déshydratation d'une molécule donnée arrive au contact d'une autre molécule déjà d shydratée.
Ce procédé permet d'obtenir un produit dépollué s'analysant en une variété d'anhydrite proche du plâtre. Ces résidus industriels présentent, dans leur entreposage, des nuisances essentiellement dues aux sulfates qui, sous forme colloïdale, suivent les mouvements des eaux souterraines, mais dues aussi aux "impuretés" contenues dans ces gypses et principalement composées par les fractions non récupérées du produit élaboré de l'usine productrice, et enfin dues à l'acidité des lixiviats susceptibles de remobiliser les métaux, notamment les métaux lourds. Il convient donc de concentrer une partie des impuretés et de 1'acidité dans une vapeur que l'on récupérera, puis de transformer, par traitement thermique, les sulfates en un produit quasi insoluble dont la prise en masse assure la séquestration des impuretés industrielles. Les déchets gypseux sont toujours rejetés sous forme de boue. Après ressuyage, on dispose d'un produit compact, aggloméré en blocs cohérents dont la taille peut être ramenée aux alentours du centimètre par simple secouement. La dessication se fait par chauffage des déchets au moyen de micro-ondes qui ont la caractéristique de ne chauffer efficacement que l'eau d'imbibition, d'imprégnation, (non liée chimiquement) et ont également la propriété de sécher des matériaux en partant de leur centre. Ainsi le flux de vapeur ne traverse que des molécules encore hydratées et la consommation d'énergie est minimale puisque c'est l'eau elle-même (donc le gypse) qui chauffe et non pas la structure du four, et permet notamment une alimentation en continu, la température à l'intérieur de la zone de cuisson doit pouvoir aller jusqu'à 120°C. Pour atteindre une telle température, les fréquences des ondes électromagnétiques peuvent être comprises entre 0,01 MHz et 108 MHz. Les vapeurs sont récupérées par condensation et remises à disposition des industriels qui pourront en neutraliser les acides et extraire les impuretés.
Le produit obtenu après cette première phase est sec et très friable.
La dessication complète s'obtient par chauffage de la poudre précédemment obtenue. Il est nécessaire que le produit à traiter présente la plus grande surface d'échange thermique possible. Le procédé relatif à cette seconde phase consiste à traiter la poudre dans un courant d'air chauffé avantageusement entre 180°C et 200°C et à une vitesse suffisante pour maintenir la poudre en suspension pendant le temps nécessaire pour que l'équilibre thermique soit atteint, sachant que la première molécule d'eau s'échappe aux alentours de 128°C et la seconde molécule aux alentours de 163°C. Le produit se divise facilement en poudre friable mais 1'insertion en tête de circuit d•un broyeur en continu à barres permet d'affiner les blocs résiduels de matière à traiter. Au terme de cette seconde phase, le produit est débarrassé de son eau de constitution de telle sorte qu'on peut parler d'une "anhydrisation".
Le produit obtenu par ce procédé présente les caractéristiques d'un liant hydraulique particulièrement performant proche d'une variété de plâtre à haute résistance, par exemple de type hémihydrate de gypse ou bassanite.
Ce procédé présente l'avantage de n'avoir besoin d'aucun apport chimique.
Ce procédé présente aussi l'avantage de permettre le traitement des boues présentant moins de 70 % d'hygrométrie sans préparation préalable.
Ce procédé présente encore l'avantage de permettre une dépollution quasi intégrale des résidus industriels sans générer aucune pollution dans le fonctionnement de son installation de traitement. Ce procédé présente la caractéristique d'êtr faiblement consommateur d'énergie électrique.
Ce procédé présente l'avantage d'occasionner u effort mécanique quasi-nul, donc de préserver l'usure e la déformation des pièces de l'installation.
Le procédé conforme à 1'invention est mis en oeuvre dans une installation combinant les moyens suivants :
- les résidus à traiter sont chargés automatiquement dans une trémie. Celle-ci déverse une quantité de résidus déterminée par un système de pesage dans un four de cuisson (1) ;
- le four de cuisson (1) relève du principe du four tunnel, c'est à dire que les produits à cuire sont introduits par intermittences dans la zone-de cuisson qui sera fermée hermétiquement à ses deux extrémités. Ce four se compose d'une zone de cuisson qui utilisera l'énergie fournie par des générateurs d'ondes électromagnétiques. Cette zone sera fermée de manière étanche par deux portes situées l'une (2) en zone haute, l'autre (3) en zone basse. Cette zone de cuisson est utilement équipée d'un condenseur des vapeurs (4) acides aux fins de recyclage. Un thermo-couple et un testeur d'humidité équipent utilement cette zone de cuisson. L'ouverture et la fermeture de ces deux portes sont commandées par des vérins synchrones.
Au sortir de la zone de cuisson le produit séché est convoyé par un système en continu (5) qui alimente par gravité un silo de régulation de débit (6) .
Ce silo est fabriqué en acier inoxydable. Sa forme est conique. Il est vertical avec une grande ouverture en haut et une ouverture plus petite en bas. Ce silo est doté, à l'intérieur, d'une vis hélicoïdale (7) sans fin qui permet de réguler le flux d'écoulement du produit séché vers la zone basse d'évacuation. La bouche basse de sortie est dotée d'une trémie réglable (8) permettant de modifier à volonté le débit du produit séché. Ce silo n'a pas besoin d'être chauffé directement : il travaille simplement en zone de température dirigée. Le produit séché est éjecté du silo de régulation selon le flux maîtrisé et, par simple gravitation, passe au travers d'un désagrégeur-tamiseur situé immédiatement au dessous de la trémie réglable (9) .
Le produit séché et tamisé est soumis au courant d'air chaud d'un ventilateur à pales (10) qui crée un flux pneumatique permettant le transport du produit séché en ambiance chauffée à 200°C. En arrière de ce ventilateur, à l'entrée d'air frais, se trouve une résistance électrique (11) destinée à réchauffer l'air appelé. Ce flux d'air propulse le produit séché en poudre au travers d'un broyeur-chauffant.
Le flux d'air crée par le ventilateur permet le transport du produit séché en poudre au travers d'un broyeur en continu (12) . Ce broyeur de forme cylindrique a une longueur proportionnelle à la vitesse de transport de la poudre pour que l'équilibre thermique soit atteint. Le cylindre est entraîné dans un mouvement de rotation par deux engrenages (13) à chacune de ses extrémités. A l'intérieur du cylindre se trouvent des rouleaux d'acier inoxydable reposant sans contrainte au fond du cylindre et libres de tout mouvement.
L'intérieur du cylindre est porté à la température requise par un ensemble de résistances électriques (14) disposées sur la surface externe du cylindre avec lequel elles font corps.
Sous une autre forme le chauffage de ce cylindre broyeur peut être effectué en remplaçant les résistances électriques par un liquide polaire à l'intérieur d'un cylindre à double parois isolées, ne bouillant qu'au dessus de 250°C, cette installation présentant l'avantage d'un rendement énergétique supérieur à l'installation précédemment décrite.
Selon une autre forme d'exécution le système de chauffage constitué alors par un brûleur peut se situer en arrière du ventilateur à pales, le cylindre étant alors seulement doté d'aspérités sur toute la longueur de sa surface intérieure.
Pour assurer, quelque soit le cas de figure, une plus grande fluidité du transport du produit en poudre, ce cylindre-broyeur est monté sur un châssis orientable (15) . Pour éviter que les rouleaux de broyage tombent du cylindre incliné, par l'effet de la rotation, l'extrémité basse du cylindre est partiellement fermée par un disque percé d'évacuations (16) permettant à la poudre de s'en extraire. Ce disque est utilement doté d'une ceinture intérieure sur son diamètre le plus faible évitant ainsi aux rouleaux broyeurs de sauter hors du cylindre en mouvement. Sur une longueur de 10cm précédant cette même extrémité basse, le cylindre est percé sur ses parois de trous d'évacuations identiques.
Un système de récupération (17) des vapeurs résiduelles se trouve au point le plus bas du cylindre dès après la sortie du produit. Un avantage important de l'utilisation d'un flux d'air est, aussi, qu'il assure la vidange complète de l'installation sans aucun problème technique.
Le produit séché est récupéré au sortir du cylindre broyeur-chauffant par une canalisation en acier inoxydable qui rabat le flux pneumatique vers le bas en direction d'un bac de stabulation ou d'un tapis de convoyage.
Selon une première forme d'exécution, 1'installation conforme à 1'invention comporte un seul four à micro-ondes et un seul cylindre broyeur-chauffant. Elle peut toutefois aussi en comporter encore plus selon les exigences de production. Ainsi conformément à une autre forme d'exécution, l'installation comporte alors plusieurs fours à micro-ondes disposés en "étoile" autour d'un silo qui distribue le produit séché à autant de cylindres broyeur-chauffants également disposés en "étoile".
Le réglage de cette installation, quelle qu'en soit sa forme, présente une grande simplicité puisque la seule variable est le taux d'hygrométrie du produit à traiter. A titre indicatif un cylindre broyeur chauffant de 1,20 m de diamètre présentant une longueur utile de 4 m, demande un ventilateur générant 55 m3 par heure de débit pour générer 10 tonnes/heure de produit fini à partir du traitement d'environ 30 tonnes de déchets contenant 70 % d'humidité.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé de traitement de résidus gypseux de synthèse sous forme de boues en vue de les transformer en un matériau solide, insoluble dans l'eau et chimiquement inerte, caractérisé en ce que les boues, de teneur en humidité supérieure à 70 %, sont soumises à une dessication à température pouvant atteindre 120 °C au moyen d'ondes électro-magnétiques, avec récupération des vapeurs condensées, puis en ce que la matière sèche et friable obtenue est traitée, par gravitation, dans un courant d'air chauffé à température de 180 à 200°C à une vitesse suffisante pour maintenir la matière pulvérulente en suspension jusqu'à ce que l'équilibre thermique soit atteint.
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ondes électromagnétiques ont des fréquences comprises entre 0,01 MHz et 108 MHz.
3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit sec obtenu est ensuite soumis à un broyage chauffant, avec récupération des vapeurs résiduelles.
4 - Installation pour le traitement de résidus gypseux selon le procédé des revendications 1,2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comporte : a/un four-tunnel de cuisson (1) à ondes électro-magnétiques, muni de portes à fermeture étanche (2, 3) et d'un condenseur de vapeurs acides (4) aux fins de recyclage ; b/ un moyen de convoyage en continu (5) du produit séché ; c/ un silo de régulation de débit (6) alimenté par gravité en ledit produit et muni d'une vis hélicoïdale sans fin (7) ; d/ un désagrégateur-ta iseur (9) soumis par le bas à un courant d'air chaud à 180°C-200°C par des moyens de flux pneumatique ; e/ un broyeur chauffant (12) muni d'un système de récupération des vapeurs résiduelles (17) et à l'issu duquel on récupère le produit séché inerte.
5 - Installation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens générateurs de flux chaud pneumatique sont constitués par une ensemble de ventilateur à pâles (10) et une résistance électrique (11) , le flux d'air obtenu servant en outre à propulser le produit pulvérulent dans ledit broyeur chauffant (12).
6 - Installation selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que le broyeur (12) est constitué par un cylindre entraîné en rotation par des engrenages (13) et à l'intérieur duquel se meuvent librement des rouleaux d'acier inoxydable.
7 - Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le broyeur (12) est muni, pour le chauffage, de résistances électriques (14) disposées sur la surface externe de celui-ci.
8 - Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le cylindre du broyeur est constitué par une double enveloppe dans laquelle circule un fluide calorifique.
9 - Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le broyeur (12) est chauffé par un brûleur externe.
10 - Installation selon l'une quelconque de revendications 6 à 9, caractérisée en ce que le broyeur est monté sur un châssis orientable (15) et en ce que l'extrémité basse de ce broyeur est fermée par un disque percé de trous d'évacuation (16) pour le produit pulvérulent final. 11 - Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs fours (1) disposés en étoile autour d'un silo (6) qui distribue le produit séché à plusieurs cylindres-broyeurs chauffants (12) disposés également en étoile.
PCT/FR1993/000019 1992-01-10 1993-01-08 Procede et installation pour le traitement depolluant des residus industriels de gypses de synthese Ceased WO1993013830A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

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