Calcination des Sédiments de Dragage Contaminés - Thèses de l ...

CALCINATION DES SEDIMENTS DE DRAGAGE CONTAMINES. ETUDE DES PROPRIETES
PHYSICO-CHIMIQUES
Les travaux présentés s’inscrivent dans le cadre du procédé NOVOSOL ® développé par la société
SOLVAY S.A. qui vise le traitement et la valorisation des sédiments de dragages contaminés en métaux lourds
et en matières organiques. Ce procédé de traitement comporte deux étapes de traitements : chimique
(phosphatation) et thermique (calcination). Les travaux présentés dans cette thèse ont porté sur le traitement
thermique. Notre objectif est de comprendre le comportement physico-chimique du sédiment pendant la
calcination. La connaissance des ces propriétés permettra d’utiliser le sédiment calciné dans différentes filières
de valorisation, notamment le génie civil. Deux sédiments d’origines et de propriétés différents ont été étudiées.
Après la caractérisation physico-chimique, l’étude du comportement des métaux lourds et des composés
organiques pendant la calcination a été examiné. La distribution des métaux lourds entre la phase solide et la
phase gazeuse a été étudiée et les résultats obtenus ont permis de montrer que l’essentiel des métaux lourds est
piégé dans le solide. Les tests de disponibilité des métaux ont montré que les métaux lourds présents dans le
solide traité sont bien stabilisés. Les résultats montrent aussi que la calcination renforce la stabilité des métaux
lourds. La dégradation des composés organiques est effective à partir de 400°C.
Dans la seconde partie, le comportement textural et structural du sédiment sous l’effet de la température a été
étudié à l’échelle de laboratoire et à l’échelle pilote. Une augmentation de la surface spécifique est observée
jusqu’à 400°C suivie d’une importante réduction qui s’accompagne d’une densification et d’un grossissement
des particules. L’augmentation de la surface spécifique observée jusqu’à 400°C s’explique par la décomposition
des matières organiques qui entraîne une augmentation de la porosité et donc de la surface spécifique ; au delà de
400°C, les évolutions conjuguées des propriétés sont dues au frittage thermique des sédiments induit par la
formation de joint de grains par transport de matière à haute température. Les calcinations réalisées en four
tournant pilote ont permis de montrer que les propriétés physiques (surface spécifique, densité, granulométrie)
du sédiment dépendent des paramètres de calcination (temps de séjours, température de calcination, débit de
chargement, angle d’inclinaison du four). D’une manière générale, les résultats montrent qu’une augmentation
de la surface spécifique est liée à la fois à la réduction de la température de calcination et à l’allongement du
temps de séjour. On note aussi un bon accord entre les résultats obtenus à l’échelle laboratoire par rapport à ce
qui a été obtenu à l’échelle pilote. La taille des particules augmente quand la température de calcination est
élevée à cause du frittage thermique. Ces résultats montrent qu’il est possible d’obtenir des produits en fin de
procédé ayant des propriétés très différentes. Cela donne des perspectives intéressantes en terme de valorisation.
CALCINATION OF CONTAMINATED DREDGED SEDIMENTS. STUDY OF CHEMICALS AND
PHYSICALS PROPERTIES.
The work presented deals with the NOVOSOL ® process developed by SOLVAY S.A. Company. This
aim to decompose the organics and stabilize heavy metal containing contaminated dredged sediment for
beneficial reuse. This process comprises two stages: chemical treatment (addition of soluble phosphate) and the
thermal treatment (calcination). Research presented is focused on the thermal treatment. Our objective is to
understand the physicochemical behaviour of the sediment during the calcination. The understanding of the
evolution on these properties will help for the beneficial reuse of the treated sediment in various industry such as
the civil engineering.
The characterization performed was followed by the investigation of the behaviour of heavy metals and
the organic compounds during the calcination. The distribution of heavy metals between the solid phase and the
gas phase were studied during the calcination and the result obtained showed majority of heavy metals are
trapped in the solid. The leaching tests performed showed that heavy metals present in the residue are well
stabilized. The degradation of the organic compounds is effective at 400°C.
Afterwards, the structural change of the sediment during thermal treatment was investigated at
laboratory scale and at pilot scale. An increase in specific surface is observed until 400°C followed by a
signification reduction accompanied by a densification and growing of the particles. The increase in specific
surface observed is the formation of pores observed by due to the decomposition of organics from 400°C to
1000°C. The combined evolutions of properties are due to the thermal sintering of the sediments induced by the
formation of grain boundary driven by the mass transport at high temperature. The calcination in a rotary kiln
showed that the physical properties (the specific surface, density, particle size) of the sediment depend on the
calcination. parameters such as the residence time, calcination temperature, sediment flow rate were investigated.
The results showed that the higher is the temperature the stronger is the sintering process that led to the
significant particle growth.