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Valorisation des cendres d'électro-filtres et des résidus provenant des incinérateurs d'ordures ménagères dans des matériaux cimentaires [Valorisation of Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) fly ashes and Air Pollution Control (APC) residues in cementitious materials]

La gestion des déchets est devenue une des priorités de l'Union Européenne en politique environnementale. La prévention, le recyclage et la récupération des déchets sont les principaux objectifs de l'Union ; la récupération énergétique reste la meilleure solution pour les déchets ne peuvant être évités ou recyclés, alors que la mise en décharge est peu encouragée. Dans ce contexte, ce projet a pour but de valoriser les résidus de procédés thermiques dans des matériaux de construction ; plus précisément, le projet prévoit de traiter les cendres volantes et les résidus d'épuration des fumées (REFIOM) d'incinération d'ordures ménagères (IOM) et de les ajouter à du ciment ou du béton, comme liant hydraulique (addition minérale de type II) ou comme filler inerte, tel que du sable ou de fins agrégats. Les résidus d'IOM sont considérés comme déchets dangereux, principalement à cause de la lixiviabilité de leurs chlorures et métaux. Alors que les mâchefers d'incinération d'ordures ménagères (MIOM) peuvent être utilisés en construction civile, les résidus d'IOM correspondent au seul résidu des usines d'IOM. Ils sont généralement enfouis, après traitement, en décharge spéciale et représentent dès lors de lourds impacts financiers et environnementaux. En Région bruxelloise, en considérant une production de 9 406 tonnes des résidus d'IOM en 2006 et un coût de traitement compris entre 145 et 195 '/tonne (transport inclus), la « valorisation » des résidus représente un coût allant de 1,4 à 1,8 millions ' par an. Des études récentes suggèrent d'utiliser ces résidus dans des applications du génie civil, en particulier comme additions minérales dans du ciment ou du béton, après un pré-traitement stabilisant ou retirant quelques composés problématiques. Par ailleurs, l'industrie de la construction souffre d'un manque de ressources naturelles. La substitution de constituants naturels dans la composition de matériaux de construction permet de réduire l'impact environnemental dû à la production de ciment en terme d'émission de CO2 dans l'atmosphère, tout en gardant un produit de qualité. En Belgique, les cendres volantes et le laitier de centrales thermiques sont couramment ajoutés au ciment. Cependant, la quantité de ces matériaux devient insuffisante pour couvrir la demande croissante d'additions minérales. Le projet propose de solutionner ces problèmes en développant un procédé utilisant certaines fractions des résidus d'IOM dans des matériaux cimentaires. Le projet considère chaque type de résidus séparément et vise à traiter le résidu le plus approprié à être incorporé à un matériau de construction. Les analyses et tests nécessaires au projet permettront d'apporter de nouvelles connaissances concernant ces résidus, d'établir un lien entre leur composition chimique, leur minéralogie et leur réactivité et de mieux comprendre le comportement des éco-ciments. Puisque l'entrée des IOM varie quotidiennement, la variabilité des résidus sera également investiguée afin de garantir un traitement efficace et un produit final de qualité. Selon les caractéristiques des résidus, un traitement spécifique est conçu de sorte que les résidus traités puissent être incorporés dans des matériaux de construction. Le traitement des résidus est basé sur des séparations à la fois physiques (granulométriques) et chimiques, selon des travaux de recherches récents d'un des partenaires du projet. Les propriétés du nouvel éco-matériau de construction seront adaptées afin de remplir certaines exigences. Comme ce matériau est sensé être meilleur marché, il peut être destiné à des travaux de construction demandant de grands volumes. En terme de délivrable, le projet prévoit d'établir un procédé exportable du traitement des déchets et d'obtenir un agrément technique permettant de commercialiser les déchets traités dans des matériaux cimentaires. Les résidus d'IOM pourraient avantageusement être réutilisés en Belgique, en tirant avantage de leur potentielle réactivité pouzzolanique et de la proximité géographique. Pour l'industrie cimentaire, la valorisation des résidus d'IOM produit une nouvelle addition minérale, facilement disponible et utilisable dans des matériaux cimentaires. De plus, la valorisation des résidus d'IOM dans des matériaux de construction contribue au développement de l'écologie industrielle, en transformant des déchets d'une industrie en des matières premières pour une autre. Un tel procédé réduit les impacts environnementaux des deux industries, la première produisant moins de déchets, la seconde consommant moins de matières premières naturelles et émettant moins de CO2 dans l'atmosphère. [Waste management has become one of the key priorities of European Union environmental policy. Waste prevention, material recycling and recovery are the main objectives of the European Union; energy recovery remains the best solution for waste which can not be avoided nor recycled, while landfilling is discouraged. In that context, this project aims to valorise residues from thermal processes in construction materials; specifically, fly ashes and APC residues from Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) are planned to be treated and added to cement or concrete, as hydraulic binders (mineral addition of type II) or inert filler, like sand and lightweight aggregates. Fly ashes and APC residues from MSWI are considered as hazardous waste mainly because of the leachability of chlorides and metals. As bottom ash can be reused in civil construction, these residues correspond to the ultimate residues from MSWI. They are usually placed in special landfill, after a treatment, and represent thus significant financial and environmental impacts. In the Brussels-Capital Region, assuming a production of 9,406 tons of fly ashes in 2006 and a fly ashes treatment cost between 145 to 195 ' per ton (transport included), the fly ashes 'valorisation' represents a charge of 1.4 to 1.8 millions ' per year. Recent researches suggest using these residues in civil engineering applications, in particular as mineral additions to cement or concrete, after a pre-treatment stabilising or removing some problematic compounds. On the other hand, the construction industry suffers from a decrease of natural resources. The substitution of some natural constituents in the composition of construction material allows reducing the environmental impact due to the production of the cement in terms of CO2 gas emission into the atmosphere, by keeping a product of quality. In Belgium, coal fly ashes and blast furnace slag are commonly added to cement. However, the coal fly ashes and blast furnace slag supply becomes insufficient to cover the increasing demand in mineral additions. The project proposes to solve both problems by developing a process using some fractions of fly ashes and APC residues in cementitious materials. It considers each MSWI fly ashes and APC residues separately and aims to treat the most appropriate residue to be incorporated in a construction material. Analyses and tests needed in this project will also provide new knowledge about the residues, the link between their chemical composition, their mineralogy and their reactivity and new understanding about eco-cement behaviour. Since the MSWI input daily varies, the residues variability will be also studied to guarantee a successful treatment and a final product of quality. According to the residues characteristics, a specific treatment is build up such as the treated residues can be incorporated in a construction material. The residues treatment is based on both physical (size-based) and chemical separation, according to recent research works of the project partners. Concerning the new eco-construction material, its properties can be adapted to complete some specifications. As this material is expected to be cheaper, it can be destined to some civil work which needs large quantities in volume. In term of delivery, the project plans to determine an exportable process of waste treatment and to obtain a technical approval which enables to commercialise the treated waste in cementitious materials. MSWI fly ashes and APC residues could then be advantageously reused in Belgium, by taking benefit of their potential pozzolanic reactivity and their geographical proximity. For the cement industry, the MSWI fly ashes and APC residues valorisation furnishes a new mineral addition, easily available and marketable in cementitious materials. Furthermore, the valorisation of the MSWI fly ashes and APC residues in construction material contributes to the development of the industrial ecology, by transforming waste from an industry to primary material for another. Such a process reduces the global environmental impacts of both industries, the first producing less waste, the second consuming less natural resources and producing less CO2 gas emission into the atmosphere. ]



équipe


Thibault LENORMAND


disciplines et mots clés déclarés


Connaissance des matériaux Matériaux composites

addition minérale ciment hydratation réactivité