Stabilisation des métaux lourds dans les cendres volantes d'incinération-comportement rhéologique, cinétique de phosphatation et évaluation du procédé

Heavy metals stabilisation from incinerator fly ashes-rheological behaviour, phosphate reaction kinetics and process assesment

• Auteur / Autrice : Blandine Bournonville
• Direction : Didier Lecomte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhéologie

Analyse

Cendres volantes

Incinération

Résumé

La stabilisation (insolubilisation) des métaux lourds, contenus dans deux cendres volantes (CV) d'incinérateurs d'ordures ménagères par un traitement à l'acide phosphorique cherche à former des phospates calciques insolubles capables d'incorporer dans leur matrice cristalline les métaux lourds pour un stockage plus sûr et pour une valorisation matière potentielle. Après une caractérisation physico-chimique et thermique, les mesures rhéologiques montrent un comportement rhéofluidifiant à seuil pour les CV, confirmé par une étude de changement d'échelle en rhéo-réacteur. La réaction de phosphatation des CV, exothermique et rapide de type dissolution-précipitation, est contrôlée par la réaction chimique. L'étude de certains composés majeurs a permis une meilleure compréhension de la réaction de phosphatation des CV. Les phosphates calciques formés enrobent les particules inertes et présentent de bonnes aptitudes à stabiliser les métaux lourds.

A chemical treatment based on phosphoric acid applied to two municipal waste incinerator fly ashes (FA) is described. The aim is to stabilise the heavy metals by insolubilisation in phosphate form. Insoluble calcium phosphates can incorporate heavy metals in their matrix yielding safer materials for storage or beneficial reuse. Rheological measurements show fluidifying behaviour for the water-ashes suspensions. The laboratory rheometer results are confirmed at larger scale with a helicoidal geometry mixer in a rheoreactor. Phosphoric acid reacts with FA exothermically with rapid kinetics of the dissolution-precipitation type with chemical reaction control. Model kinetic studies of major components alone reveal that FA react with phosphoric acid mainly as calcium carbonate does. The physico-chemical properties and mineralogy of the starting ashes and final reaction products are compared. Precipitated calcium phosphates coat the inert particles and effectively retain heavy métals.