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WO2023089176A1 - Procede de preparation de granulats legers - Google Patents

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WO2023089176A1
WO2023089176A1 PCT/EP2022/082630 EP2022082630W WO2023089176A1 WO 2023089176 A1 WO2023089176 A1 WO 2023089176A1 EP 2022082630 W EP2022082630 W EP 2022082630W WO 2023089176 A1 WO2023089176 A1 WO 2023089176A1
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WO
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aggregates
heat treatment
clay
process according
carried out
Prior art date
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PCT/EP2022/082630
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English (en)
Inventor
David Claude GAMBIER
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Original Assignee
Seegex
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Publication date
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Priority to JP2024530416A priority patent/JP2024540627A/ja
Priority to KR1020247017558A priority patent/KR20240110003A/ko
Priority to CN202280089245.9A priority patent/CN118574797A/zh
Priority to CA3238724A priority patent/CA3238724A1/fr
Priority to EP22821404.5A priority patent/EP4436936A1/fr
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    • Y02P40/60—Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes

Definitions

  • the present invention relates to a process for preparing lightweight clay-based aggregates, said aggregates being suitable for use in particular in public works, in particular road uses, and construction.
  • Industrial waste such as in particular the sludge produced by urban or industrial wastewater treatment plants, contains organic matter, minerals containing a more or less significant fraction of clay fines, metals and possibly toxic pollutants. . This waste represents a very substantial volume and many processes are related to their treatment and recovery.
  • waste in particular sludge and industrial by-products
  • inert that is to say that they do not decompose, do not burn, do not produce physical or chemical reaction and do not deteriorate other materials in contact with them in a way detrimental to the environment or to human health.
  • the European Standard NF X 30-402-2 specifies a conformity test providing information on the leaching of fragmented waste and sludge under defined experimental conditions.
  • This European Standard relates to the characterization of waste, and in particular compliance for leaching of fragmented waste and sludge.
  • the leachable fractions of a certain number of elements or chemical compounds must not exceed certain concentration thresholds set by the regulations in force, in particular the guide values defined by the CER.EMA (Center for Studies and Expertise on Risks, Environment, Mobility and Planning).
  • the admissible limits as defined in the regulations for inert waste disposal facilities (ISDI) (appendix II of the decree of December 2014) are indicated in table 1 below, in mg/Kg of dry matter:
  • Patent application EP-A1-1 571 135 describes a process for manufacturing expanded clay aggregates comprising a fraction of materials from organic sludge. This process comprises a first stage of heat treatment carried out at a temperature of 500 to 750° C., allowing the elimination of organic matter and the expansion in volume of the aggregate, and a second stage of heat treatment carried out at a temperature of 900 to 1200°C, said second stage allowing, on the one hand, the final expansion of the volume of the aggregate, and on the other hand, the acquisition of a final cohesion of the aggregate by a eutectic effect between the respective mineral fractions clay and mud.
  • clay-based mixture clay mineral matter.
  • clay-based mixture is meant a clay product consisting mainly of waste from the water treatment industries, the dredging of waterways and ports as well as the construction industry.
  • the first object of the invention is thus a process for the preparation of light aggregates comprising at least the following steps: a) a step of granulating a mixture based on clay, to obtain aggregates, b) a step drying the aggregates obtained, to obtain dried aggregates, c) a step of heat treatment of the dried aggregates, said step comprising two successive sub-steps: i) a first sub-step of heat treatment carried out under a reducing atmosphere at a temperature Tl between 900 and 1200°C approximately, ii) a second heat treatment sub-step carried out under an oxidizing atmosphere at a temperature T2 between approximately 1050 and 1300° C., and d) a step of cooling the aggregates.
  • each of the heat treatment steps is carried out in a rotating oven, preferably the residence time of the product in the oven is adjustable by controlling the speed of rotation of the oven and therefore the speed of entrainment of the aggregates.
  • the process according to the present invention makes it possible, surprisingly, to eliminate a very large part of the leachable fractions of a certain number of elements or chemical compounds and thus end up with aggregates in which the concentration of a very large majority of these chemical elements and compounds is below the concentration thresholds set by the regulations.
  • the first heat treatment sub-step carried out under a reducing atmosphere makes it possible, under defined temperature conditions, to extract the heavy metals contained in the matrix, the latter being first of all reduced and then extracted in the gaseous phase.
  • the decomposition of sulphates is only possible in this temperature range under a reducing atmosphere.
  • the second sub-step, under an oxidizing atmosphere also allows the blocking of certain metallic pollutants in the mineral matrix in the form of insoluble compounds such as compounds of the spinel type.
  • a method according to the invention has the advantage of producing lightweight aggregates from a material comprising metallic and organic pollutants.
  • organic pollutants and “metallic pollutants” we mean respectively the organic or metallic elements harmful to the environment or to human health when they are present in quantities greater than the concentration thresholds set by Standard NF X 30-402- 2.
  • the method according to the invention produces a depolluted aggregate.
  • the implementation of the method according to the invention leads to the destruction of organic matter, the thermal destruction of pathogenic agents such as as bacteria and viruses, the extraction of heavy metals such as mercury, cadmium, lead and zinc and the partial or total decomposition of sulphates and carbonates.
  • the implementation of this process does not lead to the imprisonment of these pollutants in the aggregates.
  • the aggregates prepared by means of the process according to the invention have the great advantage of being depolluted, that is to say recoverable as a substitute for raw materials according to the standards in force, compared to aggregates not heat treated, for at least one, and preferably more of the following elements:
  • Arsenic Arsenic
  • Barium Ba
  • Cadmium Cd
  • total chromium total Cr
  • copper Cu
  • Mercury Hg
  • molybdenum Mo
  • nickel Ni
  • lead Pb
  • antimony Sb
  • selenium Se
  • zinc Zn
  • the extraction yield can reach 99% efficiency depending on the pollutants.
  • a process according to the invention makes it possible to reduce by at least 95% the concentration of pollutants in the leachates compared to their initial concentration, the concentration has in particular been reduced by:
  • the aggregates prepared by the method according to the invention are depolluted in sulphates.
  • the aggregates prepared by means of the process according to the invention also have the great advantage of being decontaminated, that is to say that in practice they are recoverable, compared to the aggregates not heat-treated, for at least one, and preferably more of the following:
  • BTEX - benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes
  • PCB polychlorinated biphenyls 7 congeners
  • PAHs polycyclic aromatic hydrocarbons
  • the sum of these various pollutants can reach 30% by mass in the clay-based mixture before treatment.
  • the level of depollution of the aggregates for these elements that is to say the effectiveness of the treatment obtained by a method according to the invention, can be demonstrated by means of leaching tests on raw waste, such as described in standard NF-X-30-402-2.
  • the method according to the invention has the advantage of allowing the production of light aggregates from a clay-based mixture comprising between 5% and 30%, between 10% and 30%, or between 20% and 30% by mass of polluting elements.
  • a method according to the invention also has the advantage of allowing the recovery of a large volume of industrial waste, because it makes it possible to prepare light aggregates from a clay-based mixture comprising a large proportion of sludge. and industrial by-products.
  • the method according to the invention has the advantage of possibly being energy efficient. Indeed, according to a particular implementation of a process according to the invention, the energy necessary for drying the aggregates can be recovered during the process, for example during the cooling of the aggregates after their heat treatment. Moreover, according to a particular embodiment of a method according to the invention, the first heat treatment sub-step, carried out under a reducing atmosphere, is autothermal. Indeed, in this embodiment, the necessary energy is provided by the decomposition and partial combustion of the organic compounds present in the clay-based mixture. The synthesis gas thus produced feeds a recovery boiler ensuring the complete combustion of the gas and the recovery of energy. The energy will be recovered in the form of hot air or steam depending on the needs of the process. [0018] In addition, the temperature difference between the first and the second heat treatment step can be small, which helps to limit the fossil energy consumption of the process compared to other treatment methods.
  • the step of heat treatment under reducing conditions also makes it possible to considerably reduce the volumes of fumes to be treated, with regard to methods of the state of the art, and authorizes their recovery. to other applications.
  • the heat treatment step under oxidizing conditions requires only a little gas, the need for natural gas being divided by approximately 10 compared to a conventional production process. of aggregates from noble clay, which contributes to a reduction in the carbon footprint of the process.
  • the method according to the invention is staged, the different reactors can in fact be separated, which makes it possible to optimize each of the steps completely independently, whether it be the temperature, the atmosphere or the time of stay of the aggregates in the reactor.
  • Light aggregates means aggregates whose density is less than 1, preferably between 0.6 and 0.95, more preferably around 0.8.
  • the aggregates prepared by a process according to the invention are porous, hard and resistant.
  • the aggregate produced by a process according to the invention can be used in the construction industry, public works, landscaping and agriculture.
  • the method according to the invention comprises a first step a) of granulation of a clay-based mixture.
  • Said clay-based mixture consists of a mixture of different materials, each material containing a more or less significant fraction of clay and organic matter, said materials being mixed homogeneously according to techniques known by a person skilled in the art.
  • a material that can be used in the method according to the invention may comprise:
  • clay resulting in particular from clay quarries, and/or
  • clay material from sludge and industrial by-products
  • said clay material being preferably chosen from: a clay sediment from dredging, fines from the washing of polluted earth, a filter cake, said cake being from the treatment of liquid waste after centrifugation or passage through a filter press, sludge from wastewater treatment plants (STEP sludge), sludge from urban treatment plants (STEU).
  • a clay-based mixture that can be used in a method according to the invention comprises in particular between 10 and 90% clay, expressed by weight relative to the weight of dry matter.
  • the clay is present due, on the one hand, to the presence of so-called “noble” clay and/or, on the other hand, to the presence of at least one polluted material comprising clay.
  • a clay-based mixture that can be used in a process according to the invention comprises between 10 and 90% clay, expressed by weight relative to the weight of dry matter.
  • the preparation of a clay material capable of being incorporated into a clay-based mixture during step a) of the method according to the invention may in particular comprise the preparation of a clay matrix in a plastic state. by incorporating liquid, in sufficient quantity to obtain a humidity level of between 30% and 50%, preferably 40%.
  • This liquid is preferably water, but can also be chosen from industrial water, waste water or leachate.
  • one or more additives, in liquid or solid form, can also be added to the clay material.
  • the additives which may be added during the process according to the invention are intended to facilitate certain chemical reactions or to improve the mechanical characteristics of the lightweight aggregate. These are for example:
  • An organic material incorporated into a clay-based mixture used during step a) of the method according to the invention is in particular derived from a material chosen from industrial sludges and by-products.
  • this material is chosen from sludge from wastewater treatment plants (STEP sludge), or sludge from urban treatment plants (STEU).
  • said clay-based mixture comprises (i) between 10 and 25%, and preferably 20% of noble clay material and (ii ) at least one material obtained from sludge and industrial by-products, said material being chosen from:
  • organic sludge such as sewage treatment plant sludge
  • said clay-based mixture is obtained by mixing noble clay, at a rate of 20%, dredging sediments of clay nature, up to 40%, and WWTP sludge up to 40%.
  • Said STEP sludge comprises organic matter up to 40%, that is to say between 1% and 40% organic matter, preferably between 20% and 30% organic matter.
  • the organic matter content of such a clay-based mixture is of the order of 8 to 12%.
  • a clay-based mixture that can be used in a method according to the invention preferably comprises between 5 and 40% by weight of organic dry matter, expressed as a percentage relative to the total dry weight, more particularly between 10% and 30 % by weight of organic dry matter.
  • organic dry matter is meant the carbonaceous or nitrogenous compounds which, when brought to a high temperature lead to a release of gas, the emission of which contributes to the particular porosity of the material obtained.
  • Said organic material is also preferably cleared of any foreign bodies, in particular stones, pieces of wood and plastic. It is then preferably ground and mixed, in order to obtain a homogeneous mixture.
  • One or more additives, in liquid or solid form, can also be added to said organic matter.
  • said organic material may optionally consist of sludge and industrial by-products from different origins, which are then mixed or associated with each other.
  • the preparation of a clay-based mixture that can be used during step a) of the method according to the invention comprises the homogeneous mixing of the materials.
  • the degree of humidity of the clay-based mixture can be adjusted by adding liquid in a suitable quantity, to obtain preferably a water content of between 30% and 50%, preferably around 40%.
  • the degree of humidity of the mixture can in particular be adjusted by adding an appropriate quantity of water, industrial water, waste water or leachate.
  • One or more additives, in liquid or solid form, can also be added to said clay-based mixture.
  • the latter does not include the addition of additive.
  • step a) of granulating the clay-based mixture comprises grinding and shaping of said clay-based mixture, to obtain a homogeneous mixture. Said mixing, grinding and shaping of the raw materials are preferably carried out in one and the same equipment.
  • said clay-based mixture comprises 10 and 25%, and preferably approximately 20%, of noble clay, expressed by weight relative to the total weight of dry matter.
  • step a) of granulating the clay-based mixture comprises mixing the clay and said at least one material, grinding and shaping said mixture, to obtain a homogeneous mixture.
  • the granulation can be carried out by any means known to those skilled in the art, in particular by extrusion or by passing over a pelletizing disk.
  • step b) of the method according to the present invention the aggregate is then dried, preferably until a degree of humidity of less than 20% is obtained.
  • Step b) of drying can be carried out by any means known to those skilled in the art, preferably at low temperature, that is to say at a temperature below 250° C., in order to avoid the release of the elements organic materials and the splitting of aggregates.
  • the drying step reduces the humidity of the aggregate and increases its hardness. It can be carried out in a suitable dryer.
  • the energy required for drying can come from the calories recovered during step d) of cooling after the heat treatment of the aggregates, for example by means of a direct exchanger.
  • said method further comprises a step of recovering the calories originating from the cooling of the aggregates during step d).
  • step b) of drying the aggregate is subjected, during step c), to a heat treatment in two successive sub-steps, at appropriate temperatures and under defined conditions, according to the subject process. of the invention.
  • This heat treatment allows the extraction of heavy metals, the production of synthesis gas, the decomposition of sulfates and carbonates, the destruction of pathogens, the creation of porosity and sanding.
  • the first sub-step of heat treatment, or pyrolysis consists in subjecting the aggregate to a temperature T1 of between 900 and 1200° C. approximately, under a reducing atmosphere.
  • reducing atmosphere is meant an atmosphere devoid of oxygen and comprising a gas chosen from carbon monoxide, volatile hydrocarbons, hydrogen, or a combination of these gases.
  • a reducing atmosphere is for example obtained by the sub-stoichiometric combustion, and with air, of the organic compounds present in the mixture.
  • the first heat treatment sub-step can be carried out by any suitable means known to those skilled in the art. It is in particular carried out in a furnace such as for example a rotating furnace in which the atmosphere is reducing. This step is preferably carried out under sub-stoichiometric conditions. This step allows the production of a synthesis gas rich in carbon monoxide (CO), in volatile hydrocarbons (CxHy) and devoid of oxygen.
  • CO carbon monoxide
  • CxHy volatile hydrocarbons
  • the conditions used during this first heat treatment sub-step optimize the quantities of synthesis gas produced.
  • the synthesis gas produced during this first sub-step can be directed in particular to a boiler, a heat engine or another device. It is possible to use the syngas from the heat treatment stage in an oxidizing atmosphere to initiate the reaction of the heat treatment stage in a reduced atmosphere.
  • the temperature T1 of the first heat treatment sub-step is between approximately 900 and 1200° C., preferably between approximately 950 and 1200° C., more preferably between approximately 1050 and 1150° C., and even more preferably between about 1110 and 1150°C. This temperature range makes it possible in particular to extract the sulfur compounds without oxidizing them into sulphates.
  • the exact temperature of the first heat treatment sub-step depends on the clay-based mixture and the composition of the synthesis gas possibly injected into the enclosure in which said heat treatment takes place.
  • the duration of the first heat treatment sub-step is generally between 30 and 150 minutes approximately, preferably between 60 and 120 minutes approximately, more preferably it is 120 minutes approximately.
  • the second heat treatment sub-step consists of combustion in an oxidizing atmosphere at a temperature T2 of between about 1050 and 1300°C.
  • oxidizing atmosphere is meant an atmosphere comprising at least one oxidizing agent, preferably oxygen (O2).
  • An oxidizing atmosphere is for example obtained by the superstoichiometric combustion of methane with air, to lead to an atmosphere in which the proportion of oxygen is greater than 3%.
  • the second heat treatment sub-step can be carried out by any suitable means known to those skilled in the art. In particular, it is carried out in a rotating oven.
  • the temperature T2 of the second heat treatment sub-step is between approximately 1050 and 1300° C., preferably between approximately 1050 and 1150° C., more preferably between approximately 1110 and 1150° C., and even more preferably it is about 1125°C.
  • This second heat treatment sub-step completes the decomposition of the carbonates and the complete combustion of the organic compounds; metals such as iron (Fe), nickel (Ni) and chromium (Cr) can further react with each other to form insoluble spinel compounds.
  • the decomposition of organic compounds, sulphates and carbonates leads to a porous structure giving rise to a light aggregate, that is to say an aggregate preferably having a density less than approximately 1.
  • the high temperature of the reaction leads to ceramization and sanding of the materials, which gives the aggregates their hardness and their mechanical resistance.
  • the exact temperature of the second heat treatment sub-step depends on the melting point of the aggregates, which depends on the chemical composition of the clay-based mixture.
  • the duration of the second heat treatment sub-step is generally between 30 and 150 minutes approximately, preferably between 60 and 120 minutes approximately, more preferably it is 60 minutes approximately.
  • the temperature T1 is less than or equal to the temperature T2. According to a more particular embodiment of the method according to the invention, T1 is equal to T2.
  • step c After the heat treatment of step c), an aggregate is obtained whose density is generally between about 0.6 and 1, and whose particle size is between 1 and 15 mm.
  • the combustion gases generated during the second heat treatment sub-step are injected into the enclosure in which the first treatment sub-step takes place. thermal.
  • the aggregates thus obtained can be cooled by any known and suitable means, in particular by introduction into a cooler.
  • Said cooler operates in ambient air.
  • This step allows the aggregates to be cooled to a temperature below approximately 100°C.
  • This cooling step also makes it possible to recover calories, the transfer of calories from the aggregates to the ambient air leading to a heating of this air, from a temperature of approximately 15° C. to a temperature of approximately 250° C.
  • the hot air thus produced can then be recovered, in particular for use during the step of drying the aggregates before step c) of heat treatment.
  • the implementation of the method according to the invention therefore leads to a light aggregate characterized by a density of less than 1.
  • Said aggregate is also characterized by its spherical appearance and its hardness.
  • Said aggregate is also characterized in that, by comparison with an aggregate sampled before the heat treatment in two sub-steps of the process according to the invention, when it is subjected to a leaching test according to standard NF X 30-402- 2, it is characterized by the absence or low level of release of organic pollutants and/or metallic pollutants, or the release of organic pollutants and/or metallic pollutants at a level compatible with the parameters defined for recovery in techniques roads or building materials, for example.
  • a light aggregate obtained by the process according to the invention is particularly advantageous for the manufacture of materials such as: a draining material, a snow removal substrate, sand, an insulating material, a lightweight insulating block, a green roof.
  • a light aggregate obtained by the process according to the invention is also particularly interesting for the manufacture of construction material such as lightweight concrete.
  • the invention therefore also relates to a material comprising an aggregate obtained by a process according to the invention.
  • the second object of the invention is the use of an aggregate obtained by the method according to the invention in the construction industry, public works, landscaping or agriculture.
  • the subject of the invention is the use of an aggregate obtained by the method according to the invention for road use, preferably chosen from: type 1 road use, type 2 road use and type 3 road use.
  • Type 1 road uses are uses no more than three meters high in the sub-layer of the pavement or the shoulder of paved road structures, these are in particular embankments under the structure, capping layers, foundation layers, base layers and binder layers.
  • Type 2 road uses are uses of at most six meters in technical backfill related to the road infrastructure or on the shoulder, when these are uses within covered road structures. These are also uses more than three meters thick and no more than 6 meters high in the sub-layer of pavement or shoulders of paved road structures.
  • Type 3 road uses are not subject to any restriction on installation thickness. These include, for example, uses in the sub-layer of roadways or shoulders, for the construction of site tracks, forest roads or towpaths.
  • Example 1 Preparation and characterization of products before mixing
  • a mixture based on clay and also comprising three types of sludge was prepared, with the following respective proportions: STEP sludge: 40%; dredged sediments, 20%; filter cake, 20%; noble clay, 20%.
  • Each of the various components was first weighed then the various components were mixed in a mixer/kneader.
  • the clay-based mixture prepared, weighing approximately 30 kg, was then dried in the open air to reach a humidity of the order of 20%, expressed in % of H2O on dry matter.
  • the humidity measurements were carried out on a Mettler-Toledo infrared desiccator.
  • 500 grams of the base mixture were then ground in a “Blender” type mixer until a fine powder was obtained. Undesirable elements such as pebbles, shells and pieces of wood were removed by sieving.
  • the product obtained was again mixed in the mixer by adding the possible different selected additives. While continuing the mixing, the product was hydrated in order to obtain a dough allowing the production of the aggregates.
  • the aggregates obtained were then dried in an electric oven at 120° C. for 24 hours. Once dry, a 500 g sample underwent a two-step heat treatment.
  • the sample successively underwent two treatment steps: a first firing at 700° C. for 20-30 minutes, then a heat treatment for 60 minutes at 1075° C. Once the heat treatment was completed, the beads were cooled in air.
  • Example 3 Sample Treated According to the Invention, First Series of Tests
  • a clay-based mixture as described in Example 1 was prepared. Aggregates were then prepared as described in Example 2. The aggregates obtained were then dried in an electric oven at 120° C. for 24 hours. Once dry, a 500 g sample underwent a two-step heat treatment. The tests under controlled atmosphere were carried out in a tube furnace in a sealed quartz tube. Where necessary, the atmospheres in the furnaces were reconstituted from a mixture of pure gases (Air, CO, CO2, N2) produced by the company Air Liquide. The injection of the different gases is adjusted and controlled by pre-calibrated micro-volumetric flowmeters. Once the heat treatment was completed, the beads were cooled in air.
  • the leaching tests were carried out according to standard NF X 30-402-2 (NF EN 12457-2).
  • the chemical analyzes were then carried out according to the conditions referenced in standard NF X 30-402-2.
  • the results obtained were compared with the acceptability thresholds for the recovery of alternative materials in road engineering from the CER.EMA Guide, which defines 3 types of use according to the limit values obtained on leachates.
  • the road materials that can be used in type 1, 2 or 3 road uses are those for which the alternative materials entering into their composition satisfy the limit values for uses, respectively of type 1, 2 or 3.
  • the table 4 below gathers the acceptable values for type 1, type 2 or type 3 road use, determined during leaching tests according to the NF standard
  • Example 4 Sample Treated According to the Invention, First Series of Tests
  • the base mixture was prepared according to the procedure described in Example 1, in the form of aggregates according to Example 2 and heat-treated as indicated in Example 3, with the addition of an additive in tests 4 and 6.
  • This mixture was then subjected to a heat treatment comprising a first sub-step carried out in a reducing atmosphere followed by a second sub-step. -step carried out in an oxidizing atmosphere (tests 4 to 6).
  • Test 4 was carried out on the raw mixture in a mixed atmosphere (oxidizing/reducing).
  • Test 5 was carried out on the crude mixture to which 5% BaCO3 was added in a mixed atmosphere (oxidizing/reducing).
  • Test 6 was carried out on the raw mixture to which 5% of reducing agent (carbon) had been added, in a mixed atmosphere (oxidizing/reducing).
  • Table 5 below describes the mixtures produced (presence or not of additive) and the sequences used during the heat treatment.
  • the total organic carbon went from a concentration of 9600 mg/kg to less than 20 mg/kg after treatment.
  • the concentration in sulphates in the leachates was divided by 6 to reach an average of 4600 mg/kg. However, this value is still too high for the purposes of this study.
  • the lowest sulphate concentration was obtained for test No. 5 (2400 mg/kg). This result was obtained on a raw sample (without additive) with a heat treatment sequence of 60 minutes at 1075° C. under a reducing atmosphere followed by a 30-minute firing under an oxidizing atmosphere at the same temperature.
  • the addition of additive to the basic mixture had no positive influence on the quality of the treatment.
  • the base mixture as described in Example 1, was first subjected to a treatment under a reducing atmosphere, followed by a heat treatment under an oxidizing atmosphere.
  • the temperatures and residence times varied according to the tests and are described in the following table 7.
  • Table 8 is a summary of the analyzes obtained on the leaching of the products after treatment. [0087] [Table 8]
  • the sulphate conversion efficiency made it possible to reach sulphate levels in the leachates below the thresholds currently in force for the recovery of aggregates in road engineering.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de préparation de granulats légers à base d'argile, ledit granulat étant adapté à une utilisation notamment dans les ouvrages de travaux publics, en particulier les usages routiers, et la construction. L'invention a ainsi pour premier objet un procédé de préparation de granulats légers comprenant au moins les étapes suivantes : a) une étape de granulation d'un mélange à base d'argile, pour obtenir des granulats, b) une étape de séchage des granulats obtenus, pour obtenir des granulats séchés, c) une étape de traitement thermique des granulats séchés, ladite étape comprenant deux sous-étapes successives : i) une première sous-étape de traitement thermique réalisée sous atmosphère réductrice à une température T1 comprise entre 900 et 1200°C environ, ii) une deuxième sous-étape de traitement thermique réalisée sous atmosphère oxydante à une température T2 comprise entre 1050 et 1300°C environ, et d) une étape de refroidissement des granulats.

Description

PROCEDE DE PREPARATION DE GRANULATS LEGERS
Domaine de l'invention
[0001] La présente invention a pour objet un procédé de préparation de granulats légers à base d'argile, lesdits granulats étant adaptés à une utilisation notamment dans les ouvrages de travaux publics, en particuliers les usages routiers, et la construction.
Etat de la technique
[0002] Les déchets industriels, tels que notamment les boues produites par les stations d'épuration urbaines ou industrielles, contiennent des matières organiques, des minéraux contenant une fraction plus ou moins importante de fines d'argiles, des métaux et éventuellement des polluants toxiques. Ces déchets représentent un volume très conséquent et de nombreux procédés sont relatifs à leur traitement et à leur valorisation.
[0003] Il existe donc un besoin constant de développer des procédés qui permettent une valorisation des déchets industriels, tout en produisant des matériaux d'intérêt pour l'industrie ou pour tout autre usage.
[0004] La valorisation des déchets, notamment les boues et les sous- produits industriels, implique que ceux-ci soient considérés comme inertes, c'est-à-dire qu'ils ne se décomposent pas, ne brûlent pas, ne produisent pas de réaction physique ou chimique et ne détériorent pas d'autres matières en contact avec eux de manière préjudiciable à l'environnement ou à la santé humaine.
[0005] La Norme européenne NF X 30-402-2 spécifie un essai de conformité fournissant des informations sur la lixiviation des déchets fragmentés et des boues dans des conditions expérimentales définies. Cette Norme européenne est relative à la caractérisation des déchets, et notamment la conformité pour lixiviation des déchets fragmentés et des boues. Ainsi, les fractions lixiviables d'un certain nombre d'éléments ou de composés chimiques ne doivent pas dépasser certains seuils de concentration fixés par la règlementation en vigueur, notamment les valeurs guide définies par le CER.EMA (Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement). A titre indicatif, les limites admissibles telles que définies dans la réglementation pour les installations de stockage en déchets inertes (ISDI) (annexe II de l'arrêté de Décembre 2014) sont indiquées dans le tableau 1 ci-après, en mg/Kg de matière sèche :
Figure imgf000003_0001
Tableau 1
[0006] La demande de brevet EP-A1-1 571 135 décrit un procédé de fabrication de granulats d'argile expansée comprenant une fraction de matériaux issus de boues organiques. Ce procédé comporte une première étape de traitement thermique réalisé à une température de 500 à 750°C, permettant l'élimination des matières organiques et l'expansion en volume du granulat, et une deuxième étape de traitement thermique réalisée à une température de 900 à 1200°C, ladite deuxième étape permettant, d'une part, l'expansion finale du volume du granulat, et d'autre part, l'acquisition d'une cohésion définitive du granulat par un effet d'eutectique entre les fractions minérales respectives de l'argile et de la boue. Ce procédé ne donne cependant pas entièrement satisfaction dans la mesure où il ne permet d'aboutir à des granulats conformes à la règlementation en vigueur, notamment parce que les fractions lixiviables d'un certain nombre d'éléments ou de composés chimiques obtenues à partir de granulats préparés selon ledit procédé dépassent les seuils de concentration fixés par la Norme NF X 30-402-2.
[0007] Il existe donc un besoin pour un procédé de préparation de granulats légers à partir d'un mélange à base d'argile. Par « argile » on entend de la matière minérale argileuse. Par « mélange à base d'argile », on entend un produit argileux constitué principalemement de déchets issus des industries du traitement de l'eau, du dragage des voies d'eau et des ports ainsi que les industries du BTP. Il existe un besoin d'un procédé permettant de remédier aux inconvénients du procédé de l'art antérieur, et conduisant en particulier à des granulats acceptables d'un point de vue réglementaire.
Description de l'invention
[0008] L'invention a ainsi pour premier objet un procédé de préparation de granulats légers comprenant au moins les étapes suivantes : a) une étape de granulation d'un mélange à base d'argile, pour obtenir des granulats, b) une étape de séchage des granulats obtenus, pour obtenir des granulats séchés, c) une étape de traitement thermique des granulats séchés, ladite étape comprenant deux sous-étapes successives : i) une première sous-étape de traitement thermique réalisée sous atmosphère réductrice à une température Tl comprise entre 900 et 1200°C environ, ii) une deuxième sous-étape de traitement thermique réalisée sous atmosphère oxydante à une température T2 comprise entre 1050 et 1300°C environ, et d) une étape de refroidissement des granulats.
Selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, chacune des étapes de traitement thermique est réalisée dans un four tournant, de préférence le temps de séjour du produit dans le four est ajustable en contrôlant la vitesse de rotation du four et donc la vitesse d'entraînement des granulats.
[0009] Selon le procédé conforme à la présente invention, la réalisation desdites deux sous-étapes de traitement thermique, dans cet ordre, permet de façon surprenante, d'éliminer une très grande partie des fractions lixiviables d'un certain nombre d'éléments ou de composés chimiques et d'aboutir ainsi à des granulats dans lesquels la concentration d'une très grande majorité de ces éléments et composés chimiques est inférieure aux seuils de concentration fixés par la règlementation. En effet, la première sous-étape de traitment thermique réalisée sous atmosphère réductrice permet dans des conditions de température définies d'extraire les métaux lourds contenus dans la matrice, ces derniers étant tout d'abord réduits puis extraits en phase gazeuse. De même, la décomposition des sulfates n'est possible dans ce domaine de température que sous une atmosphère réductrice. La deuxième sous-étape, sous atmosphère oxydante, permet de plus le blocage de certains polluants métalliques dans la matrice minérale sous forme de composés insolubles tels que des composés de type spinelle.
[0010] Un procédé selon l'invention présente l'avantage de produire des granulats légers à partir d'un matériau comprenant des polluants métalliques et organiques. Par « polluants organiques » et « polluants métalliques » on entend respectivement les éléments organiques ou métalliques préjudiciables à l'environnement ou à la santé humaine lorsqu'ils sont présents en quantité supérieure aux seuils de concentrations fixés par la Norme NF X 30-402-2.
Ainsi, le procédé selon l'invention produit un granulat dépollué. En effet, la mise en œuvre du procédé selon l'invention conduit à la destruction des matières organiques, la destruction thermique des agents pathogènes tel que les bactéries et virus, l'extraction des métaux lourds tel que le mercure, le cadmium, le plomb et le zinc et la décomposition partielle ou totale des sulfates et des carbonates. La mise en œuvre de ce procédé ne conduit pas à l'emprisonnement de ces polluants dans les granulats.
[0011] En particulier, les granulats préparés au moyen du procédé selon l'invention présentent le grand avantage d'être dépollués, c'est-à-dire valorisables en substitution des matières premières selon les normes en vigueur, par rapport aux granulats non traités thermiquement, pour au moins un, et de préférence plusieurs des éléments suivants :
- les métaux Arsenic (As), Baryum (Ba), Cadmium (Cd), chrome total (Cr total), cuivre (Cu), Mercure (Hg), molybdène (Mo), nickel (Ni), plomb (Pb), antimoine (Sb), sélénium (Se), zinc (Zn), et/ou
- les chlorures, les fluorures, les sulfates, et/ou
- l'indice phénols.
Le rendement d'extraction peut atteindre 99% d'efficacité en fonction des polluants.
Un procédé selon l'invention permet de réduire d'au moins 95 % la concentration des polluants dans les lixiviats par rapport à leur concentration initiale, la concentration a notament été réduite de :
• 99,6 % pour le cuivre et ses composés
• 97,6 % pour le nickel
• 99,6 % pour le zinc
• 99,9 % pour les composés organiques
• 95,9 % pour les sulfates
[0012] Tout particulièrement, les granulats préparés par le procédé selon l'invention sont dépollués en sulfates. Le niveau de dépollution des granulats pour ces éléments peut être mis en évidence au moyen d'essais de lixiviation réalisés selon la norme NF X 30-402-2, avec L/S = 10 b/Kg.
[0013] Les granulats préparés au moyen du procédé selon l'invention présentent aussi le grand avantage d'être dépollués, c'est-à-dire qu'en pratique ils sont valorisables, par rapport aux granulats non traités thermiquement, pour au moins un, et de préférence plusieurs des éléments suivants :
- le Carbone Organique Total (COT),
- le benzène, le toluène, l'éthylbenzène et les xylènes (BTEX), - les polychlorobiphényles 7 congénères (PCB),
- les hydrocarbures (HCT), et
- les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).
La somme de ces différents polluants peut atteindre 30% en masse dans le mélange à base d'argile avant traitement.
[0014] Le niveau de dépollutiondes granulatspour ces éléments, c'est-à-dire l'efficacité du traitement obtenu par un procédé selon l'invention, peut être mise en évidence au moyen d'essais de lixiviation sur déchets bruts, tels que décrits dans la norme NF-X-30-402-2.
[0015] Les caractéristiques chimiques et physiques d'un granulat obtenu par le procédé selon l'invention rendent ce procédé adapté pour la préparation d'un matériau destiné à différentes utilisations, notamment dans le domaine des travaux publics et de la construction.
[0016] Le procédé selon l'invention présente l'avantage de permettre la production de granulats léger à partir d'un mélange à base d'argile comprenant entre 5 % et 30 %, entre 10 % et 30 %, ou entre 20 % et 30 % en masse d'éléments polluants. Un procédé selon l'invention présente en outre l'avantage de permettre la valorisation d'un volume important de déchets industriels, car il permet de préparer des granulats légers à partir d'un mélange à base d'argile comportant une proportion importante de boues et sous-produits industriels.
[0017] Le procédé selon l'invention présente l'avantage d'être possiblement économique en énergie. En effet, selon une mise en œuvre particulière d'un procédé selon l'invention, l'énergie nécessaire au séchage des granulats peut être récupérée au cours du procédé, par exemple lors du refroidissement des granulats après leur traitement thermique. De plus, selon un mode de réalisation particulier d'un procédé selon l'invention, la première sous-étape de traitement thermique, réalisée sous atmosphère réductrice, est autotherme. En effet, dans ce mode de réalisation, l'énergie nécessaire est fournie par la décomposition et la combustion partielle des composés organiques présents dans le mélange à base d'argile. Le gaz de synthèse ainsi produit alimente une chaudière de récupération assurant la combustion complète du gaz et la récupération d'énergie. L'énergie sera récupérée sous forme d'air chaud ou de vapeur en fonction des besoins du process. [0018] De plus, la différence de température entre la première et la deuxième étape de traitement thermique peut être faible, ce qui contribue à limiter la consommation en énergie fossile du procédé comparativment à d'autres modes de traitement.
[0019] Dans un procédé selon l'invention, l'étape de traitement thermique en conditions réductrices permet en outre de réduire considérablement les volumes de fumées à traiter, au regard de procédés de l'état de l'art, et autorise leur valorisation vers d'autres applications.
[0020] De plus, au regard des procédés de l'art antérieur, l'étape de traitement thermique en conditions oxydantes ne nécessite que peu de gaz, le besoin en gaz naturel étant divisé par 10 environ par rapport à un procédé classique de production de granulats à partir d'argile noble, ce qui contribue à une diminution de l'empreinte carbone du procédé.
[0021] Enfin, le procédé selon l'invention est étagé, les différents réacteurs pouvant en effet être séparés, ce qui permet d'optimiser de manière totalement indépendante chacune des étapes, que ce soit la température, l'atmosphère ou le temps de séjour des granulats dans le réacteur.
[0022] Par « granulats légers » on entend des granulats dont la densité est inférieure à 1, de préférence comprise entre 0,6 et 0,95, plus préférentiellement d'environ 0,8. Les granulats préparés par un procédé selon l'invention sont poreux, durs et résistants.
[0023] Le granulat produit par un procédé selon l'invention est valorisable dans l'industrie de la construction, les travaux publics, l'aménagement paysager et l'agriculture.
[0024] D'autres avantages et caractéristiques d'un procédé selon l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de l'invention et de différents modes de réalisation, qui sont donnés à titre illustratif et non pour limiter la portée de l'invention. Lorsque des plages de valeurs sont indiquées, celles-ci incluent la valeur des bornes inférieure et supérieure.
[0025] Le procédé selon l'invention comprend une première étape a) de granulation d'un mélange à base d'argile. Ledit mélange à base d'argile est constitué d'un mélange de différents matériaux, chaque matériau contenant une fraction plus ou moins importante d'argile et de matières organiques, lesdits matériaux étant mélangés de manière homogène selon les techniques connues par une personne du métier [0026] Un matériau utilisable dans le procédé selon l'invention peut comprendre :
- de l'argile dite « noble », issue notamment de carrières d'argile, et/ou
- de l'argile présente dans un matériau argileux issu de boues et de sous- produits industriels, ledit matériau argileux étant choisi préférentiellement parmi : un sédiment argileux de dragage, des fines de lavage des terres polluées, un gâteau de filtration, ledit gâteau étant issu du traitement de déchets liquides après centrifugation ou passage sur un filtre presse, les boues issues des stations d'épuration des eaux usées (boues de STEP), des boues de stations d'épuration urbaines (STEU).
[0027] Un mélange à base d'argile utilisable dans un procédé selon l'invention comprend en particulier entre 10 et 90 % d'argile exprimé en poids par rapport au poids de matière sèche. Dans un mélange à base d'argile utilisable dans un procédé selon l'invention, l'argile est présente du fait, d'une part, de la présence d'argile dite « noble » et/ou, d'autre part, de la présence d'au moins un matériau pollué comprenant de l'argile. Plus particulièrement, un mélange à base d'argile utilisable dans un procédé selon l'invention comprend entre 10 et 90 % d'argile exprimé en poids par rapport au poids de matière sèche.
[0028] La préparation d'un matériau argileux susceptible d'être incorporé dans un mélange à base d'argile lors de l'étape a) du procédé selon l'invention peut notamment comprendre la préparation d'une matrice argileuse dans un état plastique par l'incorporation de liquide, en quantité suffisante pour obtenir un taux d'humidité compris entre 30 % et 50 %, de préférence 40 %. Ce liquide est de préférence de l'eau, mais peut également être choisi parmi l'eau industrielle, les eaux usées ou lixiviats. Selon des modes particuliers de réalisation de l'invention, un ou plusieurs additifs, sous forme liquide ou solide, peuvent également être ajoutés au matériau argileux.
[0029] Les additifs susceptibles d'être ajoutés lors du procédé selon l'invention sont destinés à faciliter certaines réactions chimiques ou améliorer les caractéristiques mécaniques du granulat léger. Il s'agit par exemple :
- du carbonate de baryum, qui neutralise les sulfates, - du carbone fixe, qui permet d'extraire certains métaux lourds et renforce le caractère réducteur de l'atmosphère.
[0030] Une matière organique incorporée dans un mélange à base d'argile utilisé lors de l'étape a) du procédé selon l'invention est notamment issue d'un matériau choisi parmi les boues et sous-produits industriels. De préférence, ce matériau est choisi parmi les boues issues des stations d'épuration des eaux usées (boues de STEP), ou des boues de stations d'épuration urbaines (STEU).
[0031] Selon un mode plus particulier de mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, ledit mélange à base d'argile comprend (i) entre 10 et 25%, et de préférence 20% de matériau argileux noble et (ii) au moins un matériau obtenu à partir de boues et de sous-produits industriels, ledit matériau étant choisi parmi :
- une boue organique, telle une boue de station d'épuration,
- un sédiment de dragage,
- un gâteau de filtration, et
- une combinaison desdits matériaux, ledit matériau étant préalablement débarrassé de tout corps étranger du type cailloux, coquilles de coquillage et morceaux de bois....
[0032] Encore plus particulièrement, dans un mode de mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, ledit mélange à base d'argile est obtenu par le mélange d'argile noble, à raison de 20 %, de sédiments de dragage de nature argileuse, à hauteur de 40%, et de boues de STEP à hauteur de 40 %. Lesdites boues de STEP comprennent des matières organiques jusqu'à hauteur de 40 %, c'est-à-dire entre 1 % et 40 % de matières organiques, de préférence entre 20 % et 30 % de matière organique. Dans ce cas particulier, la teneur en matières organiques d'un tel mélange à base d'argile est de l'ordre de 8 à 12%.
[0033] Un mélange à base d'argile utilisable dans un procédé selon l'invention comprend de préférence entre 5 et 40 % en poids de matière sèche organique, exprimé en pourcentage par rapport au poids sec total, plus particulièrement entre 10 % et 30 % en poids de matière sèche organique. Par « matière sèche organique », on entend les composés carbonés ou azotés, qui lorsqu'ils sont portés à une température élevée conduisent à un dégagement gazeux dont l'émission contribue à la porosité particulière du matériau obtenu.
[0034] Ledit matériau organique est également de préférence débarrassé des éventuels corps étrangers, notamment pierres, morceaux de bois et de plastique. Il est ensuite de préférence broyé et mélangé, afin d'obtenir un mélange homogène. Un ou plusieurs additifs, sous forme liquide ou solide, peuvent également être ajoutés à ladite matière organique.
[0035] Dans un procédé selon l'invention, ledit matériau organique peut éventuellement être constitué de boues et sous-produits industriels issus de différentes origines, qui sont ensuite mélangés ou associés entre eux.
[0036] La préparation d'un mélange à base d'argile utilisable lors de l'étape a) du procédé selon l'invention, comprend le mélange homogène des matériaux. Le degré d'humidité du mélange à base d'argile peut être ajusté par l'addition de liquide en quantité adaptée, pour obtenir de préférence une teneur en eau comprise entre 30 % et 50 %, de préférence d'environ 40 %. Le degré d'humidité du mélange peut en particulier être ajustée par l'addition d'une quantité appropriée d'eau, eau industrielle, eaux usées ou lixiviats. Un ou plusieurs additifs, sous forme liquide ou solide, peuvent également être ajoutés audit mélange à base d'argile.
[0037] Selon un mode particulier de réalisation du procédé selon l'invention, celui-ci ne comprend pas l'ajout d'additif.
[0038] Selon un aspect particulier du procédé selon l'invention, l'étape a) de granulation du mélange à base d'argile comprend le broyage et le façonnage dudit mélange à base d'argile, pour obtenir un mélange homogène. Lesdits mélange, broyage et façonnage des matières premières sont réalisés de préférence dans un seul et même équipement.
[0039] Selon une forme de réalisation préférée du procédé de l'invention, ledit mélange à base d'argile comprend de 10 et 25%, et de préférence environ 20% d'argile noble, exprimé en poids par rapport au poids total de matière sèche.
[0040] Ainsi, selon une forme de réalisation préférée du procédé selon l'invention, l'étape a) de granulation du mélange à base d'argile comprend le mélange de l'argile et dudit au moins un matériau, le broyage et le façonnage dudit mélange, pour obtenir un mélange homogène. [0041] La granulation peut être réalisée par tout moyen connu de la personne du métier, notamment par extrusion ou par passage sur un disque de pelletisation.
[0042] Lors de l'étape b) du procédé conforme à la présente invention, le granulat est ensuite séché, de préférence jusqu'à obtenir un degré d'humidité de moins de 20 % . L'étape b) de séchage peut être réalisée par tout moyen connu de la personne du métier, de préférence à basse température, c'est-à-dire à une température inférieure à 250°C, afin d'éviter le relargage des éléments organiques et l'éclatement des granulats. L'étape de séchage permet la réduction de l'humidité du granulat et l'augmentation de sa dureté. Elle peut être réalisée dans un séchoir adapté. L'énergie nécessaire au séchage peut provenir des calories récupérées lors de l'étape d) de refroidissement après le traitement thermique des granulats, par exemple au moyen d'un échangeur direct. Ainsi, selon une forme de réalisation particulière et préférée du procédé conforme à l'invention, ledit procédé comprend en outre une étape de récupération des calories provenant du refroidissement des granulats lors de l'étape d).
[0043] Après l'étape b) de séchage, le granulat est soumis, lors de l'étape c), à un traitement thermique en deux sous-étapes successives, à des températures appropriées et dans des conditions définies, selon le procédé objet de l'invention.
[0044] Ce traitement thermique permet l'extraction des métaux lourds, la production de gaz de synthèse, la décomposition des sulfates et des carbonates, la destruction des agents pathogènes, la création de la porosité et le grésage.
[0045] La première sous-étape de traitement thermique, ou pyrolyse, consiste à soumettre le granulat à une température Tl comprise entre 900 et 1200°C environ, sous atmosphère réductrice.
[0046] Par « atmosphère réductrice » on entend une atmosphère dépourvue d'oxygène et comprenant un gaz choisi parmi le monoxyde de carbone, les hydrocarbures volatils, l'hydrogène, ou une combinaison de ces gaz Une atmosphère réductrice est par exemple obtenue par la combustion sous-stœchiométrique, et avec de l'air, des composés organiques présents dans le mélange. [0047] La première sous-étape de traitement thermique peut être réalisée par tout moyen approprié, connu de la personne du métier. Elle est notamment réalisée dans un four tel que par exemple un four tournant dans lequel l'atmosphère est réductrice. Cette étape est de préférence réalisée en conditions sous-stœchiométriques. Cette étape permet la production d'un gaz de synthèse riche en monoxyde de carbone (CO), en hydrocarbures volatils (CxHy) et dépourvu d'oxygène.
[0048] Lors de cette première sous-étape de traitement thermique, les métaux lourds tels que le mercure (Hg), le cadmium (Cd), le zinc (Zn) et le plomb (Pb) sont réduits et se volatilisent, partiellement ou totalement. Ces métaux se retrouvent à l'état gazeux dans le gaz de synthèse produit lors de la réaction. Les principaux sulfates sont décomposés, les composés soufrés, ainsi que les composés chlorés, sont extraits en phase gazeuse.
[0049] Les conditions utilisées pendant cette première sous-étape de traitement thermique optimisent les quantités de gaz de synthèse produites. Le gaz de synthèse produit lors de cette première sous-étape peut être dirigé notamment vers une chaudière, un moteur thermique ou un autre dispositif. Il est possible d'utiliser les gaz de synthèse de l'étape de traitement thermique en atmosphère oxydante pour amorcer la réaction de l'étape de traitement thermique en atmosphère réduite.
[0050] La température Tl de la première sous-étape de traitement thermique est comprise entre environ 900 et 1200°C, de préférence entre environ 950 et 1200°C, plus préférentiellement entre environ 1050 et 1150°C, et encore plus préférentiellement entre environ 1110 et 1150°C. Cette gamme de température permet notamment d'extraire les composés soufrés sans les oxyder en sulfates.
[0051] La température exacte de la première sous-étape de traitement thermique dépend du mélange à base d'argile et de la composition du gaz de synthèse éventuellement injecté dans l'enceinte dans laquelle a lieu ledit traitement thermique.
[0052] La durée de la première sous-étape de traitement thermique est généralement comprise entre 30 et 150 minutes environ, de préférence entre 60 et 120 minutes environ, plus préférentiellement elle est de 120 minutes environ. [0053] La deuxième sous-étape de traitement thermique consiste en une combustion sous atmosphère oxydante à une température T2 comprise entre environ 1050 et 1300 °C.
[0054] Par « atmosphère oxydante » on entend une atmosphère comprenant au moins un agent oxydant, de préférence l'oxygène (O2). Une atmosphère oxydante est par exemple obtenue par la combustion sur- stœchiométrique de méthane avec de l'air, pour conduire à une atmosphère dans laquelle la proportion en oxygène est supérieure à 3%.
[0055] La deuxième sous-étape de traitement thermique peut être réalisée par tout moyen approprié, connu de la personne du métier. Elle est notamment réalisée dans un four tournant.
[0056] La température T2 de la deuxième sous-étape de traitement thermique est comprise entre environ 1050 et 1300°C, de préférence entre environ 1050 et 1150°C, plus préférentiellement entre environ 1110 et 1150°C, et encore plus préférentiellement elle est d'environ 1125°C. Cette deuxième sous-étape de traitement thermique permet de terminer la décomposition des carbonates et la combustion complète des composés organiques; les métaux tels que le fer (Fe), le nickel (Ni) et le chrome (Cr) peuvent en outre réagir entre eux pour former des composés spinelles insolubles. La décomposition des composés organiques, des sulfates et des carbonates conduit à une structure poreuse donnant naissance à un granulat léger, c'est-à-dire un granulat ayant de préférence une densité inférieure à 1 environ. La haute température de la réaction conduit à la céramisation et au grésage des matériaux, ce qui confère aux granulats leur dureté et leur résistance mécanique.
[0057] La température exacte de la deuxième sous-étape de traitement thermique dépend de la température de fusion des granulats, qui dépend de la composition chimique du mélange à base d'argile.
[0058] La durée de la deuxième sous-étape de traitement thermique est généralement comprise entre 30 et 150 minutes environ, de préférence entre 60 et 120 minutes environ, plus préférentiellement elle est de 60 minutes environ.
[0059] Selon un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention, la température Tl est inférieure ou égale à la température T2. Selon un mode de réalisation plus particulier du procédé selon l'invention, Tl est égale à T2.
[0060] Après le traitement thermique de l'étape c), on obtient un granulat dont la densité est généralement comprise entre environ 0,6 et 1, et dont la granulométrie est comprise entre 1 et 15 mm.
[0061] Selon un mode de réalisation particulier d'un procédé selon l'invention, les gaz de combustion générés lors de la deuxième sous-étape de traitement thermique sont injectés dans l'enceinte dans laquelle a lieu la première sous-étape de traitement thermique.
[0062] Lors de l'étape d), les granulats ainsi obtenus peuvent être refroidis par tout moyen connu et adapté, notamment par l'introduction dans un refroidisseur. Ledit refroidisseur fonctionne sous air ambiant. Cette étape permet de refroidir les granulats jusqu'à une température inférieure à 100°C environ. Cette étape de refroidissement permet également de récupérer des calories, le transfert des calories des granulats vers l'air ambiant conduisant à un réchauffement de cet air, d'une température d'environ 15°C à une température d'environ 250°C. L'air chaud ainsi produit peut alors être récupéré, notamment pour une utilisation lors de l'étape de séchage des granulats avant l'étape c) de traitement thermique.
[0063] La mise en œuvre du procédé selon l'invention conduit donc à un granulat léger caractérisé par une densité inférieure à 1. Ledit granulat est également caractérisé par son aspect sphérique et sa dureté. Ledit granulat est également caractérisé en ce que, par comparaison avec un granulat prélevé avant le traitement thermique en deux sous-étapes du procédé selon l'invention, lorsqu'il est soumis à un test de lixiviation selon la norme NF X 30-402-2, il se caractérise par l'absence ou le faible niveau de libération de polluants organiques et/ou de polluants métalliques, ou la libération de polluants organiques et/ou de polluants métalliques à un niveau compatible avec les paramètres définis pour la valorisation en techniques routières ou en matériaux de construction par exemple .
[0064] Un granulat léger obtenu par le procédé selon l'invention est particulièrement intéressant pour la fabrication de matériaux tels que : un matériau drainant, un substrat de déneigement, du sable, un matériau isolant, un parpaing allégé isolant, une toiture végétalisée. Un granulat léger obtenu par le procédé selon l'invention est également particulièrement intéressant pour la fabrication de matériau de construction tel que des bétons légers.
[0065] L'invention a donc aussi pour objet un matériau comprenant un granulat obtenu par un procédé selon l'invention.
[0066] L'invention a pour deuxième objet l'utilisation d'un granulat obtenu par le procédé selon l'invention dans l'industrie de la construction, des travaux publics, de l'aménagement paysager ou de l'agriculture.
[0067] Plus particulièrement, l'invention a pour objet l'utilisation d'un granulat obtenu par le procédé selon l'invention pour un usage routier, de préférence choisi parmi : un usage routier de type 1, un usage routier de type 2 et un usage routier de type 3.
[0068] Les usages routiers de type 1 sont les usages d'au plus trois mètres de hauteur en sous-couche de chaussée ou d'accotement d'ouvrages routiers revêtus, ce sont notamment les remblais sous ouvrage, les couches de forme, les couches de fondation, les couches de base et les couches de liaison. Les usages routiers de type 2 sont les usages d'au plus six mètres en remblai technique connexe à l'infrastructure routière ou en accotement, dès lors qu'il s'agit d'usages au sein d'ouvrages routiers recouverts. Ce sont également les usages de plus de trois mètres d'épaisseur et d'au plus 6 mètres de hauteur en sous-couche de chaussée ou d'accotement d'ouvrages routiers revêtus. Les usages routiers de type 3 ne font l'objet d'aucune restriction d'épaisseur de mise en œuvre. Ce sont notamment par exemple les usages en sous-couche de chaussée ou d'accotement, pour la construction de pistes de chantier, de routes forestières ou de chemins de halage.
Exemples
Exemple 1 : Préparation et caractérisation de produits avant mélange
[0069] Un mélange à base d'argile et comprenant en outre trois types de boues a été préparé, avec les proportions respectives suivantes : boues de STEP: 40 % ; sédiments de dragage, 20 % ; gâteau de filtration, 20 % ; argile noble, 20 %.
[0070] Une analyse de la lixiviation de chacun des produits destinés à être incorporés au mélange a été réalisée, le tableau 2 ci-dessous est une synthèse des résultats de ces analyses, et une extrapolation des valeurs du mélange.
Figure imgf000017_0001
Tableau 2
[0071] On peut remarquer que les résultats des analyses des lixiviats des déchets bruts dépassent certaines des valeurs guide définies dans la norme. Exemple 2 : Essais de cuisson
[0072] Chacun des différents composants a été tout d'abord pesé puis les différents composants ont été mélangés dans un mélangeur/malaxeur. Le mélange à base d'argile préparé, pesant environ 30 kg, a été séché ensuite à l'air libre pour atteindre une humidité de l'ordre de 20 %, exprimé en % de H2O sur matière sèche. Les mesures d'humidité ont été réalisées sur un dessicateur à infrarouge de marque Mettler-Toledo. 500 grammes du mélange de base ont ensuite été broyés dans un mélangeur de type « Blender » jusqu'à l'obtention d'une poudre fine. Les éléments indésirables du type cailloux, coquilles de coquillage et morceaux de bois ont été enlevés par tamisage. Le produit obtenu a été à nouveau mélangé dans le mélangeur en y ajoutant les éventuels différents additifs sélectionnés. Tout en continuant le mélange, le produit a été hydraté afin d'obtenir un pâton permettant la réalisation des granulats. Les granulats obtenus ont été ensuite séchés dans une étuve électrique à 120°C pendant 24h. Une fois sec, un échantillon de 500 g a subi un traitement thermique en deux étapes.
[0073] Lors d'un essai préliminaire, l'échantillon a subi successivement deux étapes de traitement : une première cuisson à 700°C pendant 20-30 minutes, puis un traitement thermique pendant 60 minutes à 1075°C. Une fois le traitement thermique réalisé, les billes ont été refroidies à l'air.
[0074] Les essais de lixiviation ont été effectués suivant la norme NF X 30- 402-2 (NF EN 12457-2). Les analyses chimiques ont ensuite été réalisées selon les recommandations citées dans ladite norme. Les résultats obtenus avant et après traitement ont été comparés, les résultats moyens sont présentés dans le tableau 3 ci-dessous.
Figure imgf000019_0001
Tableau 3
[0075] Les valeurs moyennes obtenues sur les analyses effectuées après traitement dépassent les seuils admissibles en ISDI et donc ne seraient pas valorisables. En particulier, on note la forte concentration en Mo, carbone organique et sulfates dans les lixiviats.
Exemple 3 : Echantillon traité selon l'invention, première série d'essais
[0076] Un mélange à base d'argile comme décrit dans l'exemple 1 a été préparé. Des granulats ont ensuite été préparés comme décrit dans l'exemple 2. Les granulats obtenus ont été ensuite séchés dans une étuve électrique à 120°C pendant 24h. Une fois sec, un échantillon de 500 g a subi un traitement thermique en deux étapes. Les essais sous atmosphère contrôlée ont été réalisés en four tubulaire dans un tube à quartz étanche. Le cas échéant, les atmosphères dans les fours ont été reconstituées à partir d'un mélange de gaz pur (Air, CO, CO2, N2) produit par la société Air Liquide. L'injection des différents gaz est ajustée et contrôlée par des débitmètres micro-volumétriques préalablement étalonnés. Une fois le traitement thermique réalisé, les billes ont été refroidies à l'air.
[0077] Les essais de lixiviation ont été effectués suivant la norme NF X 30- 402-2 (NF EN 12457-2). Les analyses chimiques ont ensuite été réalisées selon les conditions référencées dans la norme NF X 30-402-2. Les résultats obtenus ont été comparés aux seuils d'acceptabilité en valorisation de matériaux alternatifs en technique routière du Guide CER.EMA, qui définit 3 types d'usage en fonction des valeurs limites obtenues sur lixiviats. [0078] Les matériaux routiers pouvant être utilisés dans des usages routiers de type 1, 2 ou 3 sont ceux pour lesquels les matériaux alternatifs entrant dans leur composition satisfont aux valeurs limites pour les usages, respectivement de type 1, 2 ou 3. Le tableau 4 ci-dessous rassemble les valeurs acceptables pour les usages routiers de type 1, type 2 ou type 3, déterminées lors des essais de lixiviation suivant la norme NF
X 30-0402-2; ces valeurs sont exprimées en mg/kg de matière sèche. Les résultats des valeurs obtenues sur les essais de lixiviation de l'échantillon brut, sans additif ni traitement thermique sont présentés dans le tableau 4 ci-dessous, dans la colonne « Essai 0 ».
Figure imgf000021_0001
Tableau 4
[0079] Ces résultats montrent que le mélange obtenu présente de nombreux dépassements (chiffres indiqués en gras) par rapport aux valeurs guide et ne peut être valorisé en l'état.
Exemple 4 : Echantillon traité selon l'invention, première série d'essais [0080] Dans cet exemple, le mélange de base, a été préparé selon le mode opératoire décrit dans l'exemple 1, sous forme de granulats selon l'exemple 2 et traité thermiquement comme indiqué dans l'exemple 3, avec ajout d'un additif dans les essais 4 et 6. Ce mélange a ensuite été soumis à un traitement thermique comprenant une première sous-étape réalisée en atmosphère réductrice suivie d'une deuxième sous-étape réalisée en atmosphère oxydante (essais 4 à 6). [0081] L'essai 4 a été réalisé sur le mélange brut en atmosphère mixte (oxydante/ réductrice). L'essai 5 été réalisé sur le mélange brut dans lequel a été ajouté 5% de BaCO3 en atmosphère mixte (oxydante/ réductrice). L'essai 6 a été réalisé sur le mélange brut dans lequel a été ajouté 5% d'agent réducteur (carbone), en atmosphère mixte (oxydante/réductrice).
Le tableau 5 ci-dessous décrit les mélanges réalisés (présence ou non d'additif) et les séquences utilisées lors du traitement thermique.
Figure imgf000022_0001
Tableau 5
[0082] Les résultats sont présentés dans le tableau 6 suivant.
Figure imgf000023_0001
Tableau 6
[0083] La comparaison des résultats avec l'échantillon brut démontre que quel que soit le mode de traitement, les métaux à l'exception du Molybdène ne sont plus lixiviables après traitement.
[0084] Le carbone organique total est passé d'une concentration de 9600 mg/kg à moins de 20 mg/kg après traitement. La concentration en sulfates dans les lixiviats a été divisée par 6 pour atteindre une moyenne de 4600 mg/kg. Néanmoins cette valeur reste encore trop élevée au regard des objectifs de cette étude. La concentration en sulfate la plus basse a été obtenue pour l'essai N°5 (2400 mg/kg). Ce résultat a été obtenu sur un échantillon brut (sans additif) avec une séquence de traitement thermique de 60 minutes à 1075°C sous atmosphère réductrice suivi d'une cuisson de 30 minutes sous atmosphère oxydante à la même température. Nous pouvons aussi constater que comparativement aux essais 4 et 5, l'ajout d'additif au mélange de base n'a exercé aucune influence positive sur la qualité du traitement.
Exemple 4 : Echantillon traité selon l'invention, deuxième série d'essais
[0085] Dans cet exemple, le mélange de base, tel que décrit dans l'exemple 1, a été soumis tout d'abord à un traitement sous atmosphère réductrice, suivit d'un traitement thermique sous atmosphère oxydante. Les températures et temps de séjour ont varié suivant les essais et sont décrits dans le tableau 7 suivant.
Figure imgf000024_0001
Tableau 7
[0086] Le tableau 8 ci-dessous est une synthèse des analyses obtenues sur la lixiviation des produits après traitement. [0087] [Tableau 8]
Figure imgf000025_0001
Tableau 8
[0088] Les résultats obtenus confirment que les métaux, à l'exception du Molybdène, ne sont plus lixiviables après traitement. Le carbone organique total (COT) est passé d'une concentration de 9600 mg/kg à moins de 10 mg/kg après traitement. La concentration en sulfates dans les lixiviats a été divisée par 12 pour atteindre une moyenne de 2300 mg/kg après traitement. Sur les essais 11 et 12, la concentration en sulfates est descendue en-dessous du seuil de 1300 mg/kg qui est la limite réglementaire actuelle pour la valorisation en matériaux routier de type 3, qui est la limite la plus contraignante. Ces résultats ont été obtenus pour un temps de séjour respectivement de 120 minutes en atmosphère réductrice et 60 minutes en atmosphère oxydante. La plage de température optimale semble se situer entre 1110 et 1125°C. [0089] La mise en place d'un protocole comprenant un traitement thermique en deux phases, avec alternativement une première phase de traitement thermique sous atmosphère réductrice, immédiatement suivi d'un traitement thermique sous atmosphère oxydante, améliore grandement les rendements par rapport à une absence de traitement ou au regard des traitements décrits dans l'état de l'art, tels que notamment décrits dans EP 1 571 135.
[0090] En particulier, dans une plage de température comprise entre 1110 et 1125°C, le rendement de conversion des sulfates a permis d'atteindre des niveaux de sulfates dans les lixiviats en-dessous des seuils actuellement en vigueur pour la valorisation des granulats en technique routière.
[0091] Cette étude montre l'inefficacité de l'ajout de différents réactifs sur les qualités de traitement. En particulier, l'ajout de carbonate de baryum n'a pas eu d'effet sur le traitement des sulfates dans les essais.

Claims

Revendications
[Revendication 01] Procédé de préparation de granulats légers comprenant au moins les étapes suivantes : a) une étape de granulation d'un mélange à base d'argile, pour obtenir des granulats, b) une étape de séchage des granulats obtenus, pour obtenir des granulats séchés, c) une étape de traitement thermique des granulats séchés, ladite étape comprenant deux sous-étapes successives : i) une première sous-étape de traitement thermique réalisée sous atmosphère réductrice à une température Tl comprise entre 900 et 1200°C, ii) une deuxième sous-étape de traitement thermique réalisée sous atmosphère oxydante à une température T2 comprise entre 1050 et 1300°C, et d) une étape de refroidissement des granulats.
[Revendication 02] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mélange à base d'argile comprend (i) entre 10 et 25%, et de préférence 20% de matériau argileux noble et (ii) au moins un matériau obtenu à partir de boues et/ou de sous-produits industriels, ledit matériau étant choisi parmi :
- une boue organique, telle une boue de station d'épuration,
- un sédiment de dragage,
- un gâteau de filtration, ou
- une combinaison desdits matériaux, ledit matériau étant préalablement débarrassé de tout corps étranger.
[Revendication 03] Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape a) de granulation du mélange à base d'argile comprend le mélange de l'argile et d'au moins un matériau obtenu à partir de boues et/ou de sous-produits industriels, le broyage et le façonnage dudit mélange, pour obtenir un mélange homogène.
[Revendication 04] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange à base d'argile comprend en outre au moins un additif. [Revendication 05] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape b) de séchage est réalisée à une température inférieure à 250°C.
[Revendication 06] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de récupération des calories provenant du refroidissement des granulats lors de l'étape d).
[Revendication 07] Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'énergie nécessaire à l'étape b) de séchage provient au moins en partie des calories récupérées lors de l'étape d) de refroidissement.
[Revendication 08] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première sous-étape de traitement thermique est réalisée à une température Tl comprise entre 1050 et 1150°C, de préférence entre 1110 et 1150°C.
[Revendication 09] Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite première sous-étape de traitement thermique est réalisée pendant une durée comprise entre 30 et 150 minutes, de préférence pendant 120 minutes.
[Revendication 10] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première sous-étape de traitement thermique est réalisée dans un four tournant dans lequel l'atmosphère est réductrice.
[Revendication 11] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite deuxième sous-étape de traitement thermique consiste en une combustion oxydante à une température T2 comprise entre 1050 et 1150°C, de préférence entre 1110 et 1150°C, plus préférentiellement à environ 1125°C.
[Revendication 12] Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite deuxième sous-étape de traitement thermique est réalisée pendant une durée comprise entre 30 et 150 minutes, de préférence pendant 60 minutes.
[Revendication 13] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température Tl est inférieure ou égale à la température T2, de préférence Tl est égale à T2. [Revendication 14] Utilisation d'un granulat obtenu par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 dans l'industrie de la construction, des travaux publics, de l'aménagement paysager ou de l'agriculture, en particulier pour un usage routier.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004000751A2 (fr) * 2002-06-21 2003-12-31 Krzysztof Luczaj Procede de fabrication d'un agregat de construction leger et four rotatif permettant de chauffer et de fritter l'agregat de construction leger
EP1571135A2 (fr) 2004-03-04 2005-09-07 Valorisation Céramique du Pays de Bray Procédé de fabrication d'éléments de construction incorporant des boues d'épuration
EP2476660A1 (fr) * 2011-01-14 2012-07-18 Bragagnini, Marta Procédé et installation pour la fabrication d'elements en ceramique

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004000751A2 (fr) * 2002-06-21 2003-12-31 Krzysztof Luczaj Procede de fabrication d'un agregat de construction leger et four rotatif permettant de chauffer et de fritter l'agregat de construction leger
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