Étude de la carbonatation des déchets industriels

Abstract

Ce travail de fin d’études a pour but de donner un aperçu complet des connaissances actuelles sur la carbonatation sur déchets tant au niveau théorique qu’au niveau technique. L’autre aspect du travail consiste à expérimenter la carbonatation sur quelques déchets prélevés des flux traités par Revatech. Pour ce faire, une méthode expérimentale est mise en place et des études paramétriques sont menées dans le but de mesurer leur impact sur la cinétique de réaction. Ces études visent à établir les conditions optimales de réaction pour un déchet donné (les cendres issues d’une unité de cogénération). Une autre étude consiste à mesurer l’effet de la carbonatation sur l’immobilisation du plomb et identifier les mécanismes qui en sont responsables. Le dernier objectif du travail est la réalisation d’une analyse de coûts d’un procédé de carbonatation de cendres résiduelles. La réaction de carbonatation est fortement exothermique et dégage 113 kJ par mole de CO2. Au niveau de la cinétique, la carbonatation est limitée par la diffusion. Les modèles théoriques qui représentent au mieux l’évolution de l’avancement de la réaction en fonction du temps sont les modèles du noyau rétrécissant et du recouvrement de surface. Les principaux paramètres influençant la vitesse de réaction sont : le rapport liquide/solide, la pression relative en CO2, la taille des particules, la température et l’alcalinité du déchet. La carbonatation permet d’immobiliser quelques éléments (B, Zn, Se, Pb, As, Cu, Ni, Hg) principalement par la diminution du pH lors de la réaction. En revanche, la carbonatation produit l’effet inverse sur le Cr, le V et le Sb. Le dispositif industriel de carbonatation de cendres résiduelles le plus prometteur est le réacteur à tambour rotatif. Le rapport liquide/solide idéal des cendres est de 0,1 et permet d’obtenir une vitesse de réaction plus rapide et une conversion plus importante. Selon nos résultats, la température n’a pas une grande influence sur la cinétique de réaction et sur la conversion finale atteinte. Le taux de CO2 est un paramètre déterminant. Plus le taux de CO2 augmente, plus la vitesse de réaction est rapide et plus la conversion finale atteinte est élevée. On passe d’une vitesse de réaction de l’ordre de la seconde pour du CO2 pur à une vitesse de réaction de l’ordre de l’heure pour un taux de CO2 de 3%. Le modèle cinétique de recouvrement de surface représente convenablement les résultats expérimentaux obtenus pour la conversion du calcium en fonction du temps. Le mécanisme dominant dans l’immobilisation du plomb est l’effet du pH sur la solubilité du plomb. Le coût serait d’environ 1.519.350 € pour le CAPEX et d’environ 585.680 €/an pour l’OPEX pour un procédé à tambour rotatif d’une capacité de 50.000T/an. Ce procédé permettrait de capter 1000T de CO2 par an.