CENDRES VOLANTES d'INCINERATEURS de REJETS 2009. 10. 7.¢  CENDRES VOLANTES d'INCINERATEURS de REJETS

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  • MINISTÈRE DU DÉVELOPPEMENT INDUSTRIEL ET SCIENTIFIQUE

    BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

    SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL B.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 66.06.60

    CENDRES VOLANTES d'INCINERATEURS de REJETS URBAINS

    Étude de la lixiviation chlorhydrique des cendres réduites

    (état d'avancement des travaux au 31 août 1973)

    R. CARLY - J.-C. COSSAIS

    Département minéralurgie B.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 66.06.60

    73 SGN 338 MIN Octobre 1973

  • Tables des matières

    Pages RESUME

    I. INTRODUCTION 1

    II. INTRODUCTION à l'ETUDE de l'ATTAQUE ACIDE 2

    III . I N F L U E N C E de la C O N C E N T R A T I O N en ACIDE C H L O R H Y D R I Q U E sur la SOLUBILISATION 4

    HE. 1. Description des essais 4 HE. 2. Résultats des essais 4 HI. 3. Discussion des résultats 5

    IV . INFLUENCE de la D U R E E d ' A T T A Q U E ACIDE sur la SOLUBILISATION 15

    IV. 1. Description des essais 15 IV. 2. Résultats des essais 15 IV.3. Discussion des résultats 15

    V . E T U D E de l 'EPUISEMENT des E L E M E N T S C O N T E N U S dans les C E N D R E S 26

    V . 1. Principe de l'étude 26 V . 2. Description des essais 26 V . 3. Résultats des essais 27 V . 4 . Discussion des résultats 29

    VI . E T U D E de l'ENRICHISSEMENT PROGRESSIF de la SOLUTION CHLORHYDRIQUE en " E L E M E N T S M A J E U R S " 37

    VI. 1. Principe de l'essai 37 VI. 2 . Description des essais 37 VI. 3. Discussion des résultats 38 VI .4 . Limites d'utilisation de la solution chlorhydrique 44

    CONCLUSIONS.. . 45

    comp. MIN

  • R E S U M E .

    Dans le cadre du traitement des rejets urbains, il peut paraître utile de

    valoriser, au moins partiellement, les cendres volantes en récupérant les métaux

    qu'elles contiennent ( Pb, Z n , Sn, A g , C u . . . ) .

    Parmi divers tests d'orientation actuellement en cours, la lixiviation chlo-

    rhydrique de cendres réduites a donné des résultats intéressants. Le présent rapport

    fait le bilan des essais chimiques effectués dans cette voie .

    Divers paramètres de l'attaque ont été étudiés : concentration en acide ,

    durée de l'attaque, épuisement des cendres, enrichissement de la solution .

    On constate que les métaux valorisables sont solubilisés rapidement, mais

    ce m o d e de lixiviation nécessite une concentration élevée en acide tant pour le maintien

    en solution des complexes que pour l'efficacité de la séparation finale liquide-solide .

    o

    ooo

  • I.- INTRODUCTION

    Un précédent rapport, consacré aux cendres volantes (x), indiquait, pour divers métaux, des teneurs contenues susceptibles de valoriser, au moins partiellement, ces cendres. D'autre part, il était signalé qu'aucune caractérisation des formes chimiques sous lesquelles pouvaient se trouver les métaux n'avait pu être effectuée par quelque méthode que ce fut. L'incinération des rejets donne naissance à divers anions et il est probable que les éléments métalliques se trouvent sous des formes variées : oxydes , sulfures, chlorures, sulfates . . .

    Cette variété probable des formes chimiques présentes rend malaisée l'applica- tion d'une méthode simple de valorisation des cendres. Cest pourquoi, les cendres vo- lantes sont l'objet de tests divers pour tenter de déterminer une voie possible d'extrac- tion des métaux .

    A u cours des divers tests ( qui feront l'objet d'un prochain rapport ), il est apparu que les lixiviations classiques sur cendres crues, à température normale et pression atmosphérique ne permettaient pas d'extraire correctement les métaux . Pour ne citer que l'étain, sa récupération en milieu chlorhydrique n'est que de 45 % , sur cendres crues ; par contre, l'extraction de cet élément s'élève à plus de 90 % sur des cendres ayant subi, préalablement, un grillage réducteur .

    Les tests en cours ayant montré l'intérêt possible de la lixiviation chlorhydrique, il a semblé intéressant d'effectuer, parallèlement aux tests d'orientation, une étude plus complète sur l'attaque chlorhydrique des cendres réduites .

    A ce niveau de l'étude, aucune mesure de consommation d'acide n'a été faite : il a été jugé préférable d'attendre les résultats d'une étude de récupération des chloru- rures en solution pour effectuer un bilan global du recyclage et des pertes en acide .

    Tout au plus, peut-il être indiqué que la valeur contenue en métaux recuperables ( Pb , Zn , C u , Sn , Ag ) est de l'ordre de 200 F/tonne tandis que la consommation en acide chlorhydrique ( en supposant le recyclage total de l'acide non utilisé et une perte totale de l'acide lié aux métaux ) s'élèverait à environ 100 F/tonne.

    (x) J . C . COSSAIS - M . L O R A N G : Cendres volantes d'incinérateurs de rejets urbains Composition et tests de préconcentration. ( S G N / M I N / n 0 360 - 7 mai 1973).

  • II.- INTRODUCTION à l'ETUDE

    de l 'ATTAQUE ACIDE .

    Les tests d'orientation ont montré l'importance d'un grillage réducteur avant l'attaque acide. C'est donc un échantillon de cendres grillées à 700°C, pendant une heure, à l'aide d'un mélange gazeux composé de 80 % de CO et de 20 % de N 2 , qui a été utilisé pour les divers essais faisant l'objet de cette étude .

    On trouvera dans le tableau n c 1, la composition chimique du produit grillé. Pour des raisons de commodité, les teneurs y sont exprimées en kg/t et non en pour- cents. Le tableau a été divisé en deux parties. La première groupe les éléments que nous avons convenu d'appeler " éléments majeurs " . C e sont ceux dont la solubilisa- tion paraît offrir le plus d'intérêt, soit du fait de leur relative abondance, soit, pour le cas de l'argent, en raison de la valeur commerciale de ce métal. Nous nous sommes attaché à suivre particulièrement le comportement de ces éléments tout le long de l'étude. Les autres éléments, groupés sous l'appelation " éléments mineurs " ne sont placés dans ce tableau qu'à titre indicatif .

    Eléments majeurs - Teneurs exprimées en kg/t

    Mn

    1,679

    Cu

    2,150

    Zn

    23,000

    Ag

    0,118

    Sn

    4,000

    Pb

    12,000

    Fe

    45,000

    SiO2

    354,000

    Eléments mineurs - Teneurs exprimées en kg/t

    B

    0,200

    V

    0,245

    Cr

    0,676

    Mo

    0,067

    Co

    0,080

    Cd

    0,145

    Ni

    0,326

    Ba

    3,402

    Ga

    0,052

    Bi

    0,195

    Sr

    0,490

    Y

    0,105

    Tableau n° 1 : Analyse chimique des cendres utilisées pour l'étude d'attaque chlorhydrique .

    Si dans la partie " éléments majeurs ", nous avons tenu à faire figurer le fer et le silicium ( exprimé en SÍO2 ), ce n'est pas en raison de leur valeur commerciale mais à cause des conditions de travail qu'implique leur présence. Le fer (45 kg/t) se révélera un important consommateur d'acide chlorhydrique et l'abondance de la silice ( 354 kg/t ) imposera des taux d'acidité résiduelle suffisants pour permettre une sé- paration des phases liquide et solide correcte .

  • L'étude de la solubilisa tion des éléments contenus dans les cendres a été divisée en quatre chapitres. Ce sont :

    1. Influence de la concentration, en acide chlorhydrique , sur la solubilisation .

    2 . Influence de la durée d'attaque acide sur la solubilisation .

    3. Etude de l'épuisement des éléments contenus dans les cendres .

    4 . Etude de l'enrichissement progressif de la solution chlorhydrique en " éléments majeurs " .

  • m . - I N F L U E N C E de la C O N C E N T R A T I O N en A C I D E

    C H L O R H Y D R I Q U E sur la SOLUBILE3ATION .

    III. 1. DESCRIPTION des ESSAIS .

    Tous les essais de cette série ont été effectués dans des conditions compara- bles en ce qui concerne le poids des cendres soumises à l'attaque, la dilution des pulpes, les durées d'attaque et les opérations de séparation des phases liquide et solide .

    Dans chaque essai, 25 g de cendres grillées d'une granulométrie inférieure au millimètre ont été soumis à l'attaque acide au moyen de 100 ml de solution d'acide chlor hydrique, de concentrations variables selon les essais. La durée de ceux-ci a été fixée à 4 heures et la séparation des phases solide et liquide, prati- quée sous vide sur entonnoir filtrant de porosité n° 4 . Les résidus solides ont en- suite été lavés à l'eau déminéralisée, séchés et soumis à l'analyse .

    Les concentrations en acide chlorhydrique (exprimées en normalité) ont été respectivement fixées à 1, 2, 4 , 8 et 12 N , ce qui correspond à des solutions contenant dans l'ordre 36,5, 73, 146, 292 et 438 g/1 d'HCl.

    III.2. R E S U L T A T S des ESSAIS .

    O n trouvera dans le tableau n° 2 et dans les figures numérotées de 1 à 8 , l'essentiel des résultats de cette série d'essais .

    A l'examen du tableau, on pourrait s'étonner de l'absence de renseignements concernant l'essai effectué avec la solution d'acide chlorhydrique 4 N . Ceci résulte du fait que la pulpe, traitée à cette concentration, s'est révélée infiltrable et que les diverses manipulations, auxquelles nous l'avons soumise ( dilution, redisper- sion , filtration etc. . . ) n'ont pas permis de recueillir un résidu exempt de solu- tion d'attaque. Les résultats des analyses effectuées sur ce résidu sont, de ce fait, inutilisabl