BE1020903A3 - Procede de recyclage de dechets de verre. - Google Patents

Description

Procédé de recyclage de déchets de verre Objet de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte à un procédé de recyclage de déchets de verre.

[0002] La présente invention se rapporte aussi à une composition obtenue par un tel procédé de recyclage de déchets de verre et à un dispositif pour la mise en œuvre dudit procédé de recyclage de déchets de verre.

Etat de la technique

[0003] Les procédés actuels de recyclage de verre débutent généralement par une première étape de tri manuel, dans lequel environ 7% en poids des déchets de verre sont écartés et mis au rebut. Ce rebut est constitué de déchets de toutes natures, principalement étrangers au verre d'emballage. Ces déchets sont évacués vers un centre d'enfouissement technique ou sont incinérés.

[0004] Ensuite, ce verre trié manuellement est broyé de manière grossière et est ensuite trié (criblé). Les fragments de verre issus du broyage présentant des dimensions inférieures à environ 10 mm (fines) sont alors écartés, tandis que les autres fragments obtenus sont triés par un dispositif de détection optique. Le verre non écarté par ce tri (criblage) optique peut alors être utilisé comme calcin épuré dans des procédés de fabrication du verre.

[0005] Ce tri optique ne permet pas de traiter de façon rentable et économique les fragments de verre inférieurs à 10 mm. Certains recycleurs travaillent avec des tailles de fragments sensiblement plus petites (de l'ordre de 7 mm). Dans ce cas, le rendement des machines de tri optique est amélioré, toutefois au détriment de la qualité du tri. Le choix du type de recyclage dépendra de la qualité finale du verre traité souhaitée par le client..

[0006] La fraction du verre inférieure à 10 mm est éliminée par criblage à la sortie du broyeur. En principe, cette fraction de fines contient un taux plus élevé de KSP (acronyme signifiant Keramiek, steen, porcelein, c'est-à-dire des matières infusibles, et en particulier terres cuites, céramiques et porcelaines). Des déchets de verre résistant à la chaleur (comme le pyrex (marque déposée)) et divers vitrocéramiques sont également présents dans cette fraction rebutée.

[0007] De plus, ces fines obtenues du recyclage sont proportionnellement plus riches en matières organiques, notamment les résidus des denrées alimentaires contenues dans les emballages. Cette pollution organique concerne davantage le verre incolore où les pots et les jarres sont plus fréquents.

[0008] A cette fraction éliminée au criblage, vient s'ajouter le rejet issu du tri optique proprement dit.

[0009] Le tri optique vise principalement à éliminer les infusiblês. Cependant, la technologie d'éjection des particules indésirables par jet d'air comprimé ne permet pas une discrimination suffisamment fine et le rejet généré par cette opération contient de l'ordre de 80% de verre recyclable qui se retrouve dans les fines.

[0010] L'utilisation de ces fines de verre provenant du recyclage par les verriers pose un grand nombre de problèmes techniques : • Très grande réactivité à l'enfournement consécutive à la granulométrie, la présence d'humidité et la présence de matières organiques; • Présence de matière réductrice (organique) perturbant la maîtrise du degré d'oxydo-réduction du bain de fusion; • Formation de mousse à la surface du bain qui nuit aux échanges thermiques et • Situation potentiellement dangereuse à l'enfournement.

[0011] Malgré ces difficultés, les verriers qui sont directement propriétaires du verre collecté par · les municipalités auront tendance à enfourner les fines obtenues du recyclage, en plus ou moins grande quantité en fonction du contexte économique dans lequel le recyclage du verre s'opère. Certains développent des initiatives afin de réduire les nuisances dues à la présence de ces fines.

[0012] Selon un procédé connu, les fines sont acheminées à contre-courant d'un four afin de sécher la matière. Ces fines une fois séchées, un tamisage permet l'élimination d'une part importante des matières organiques présentes sur ces fines.

[0013] Selon un autre procédé connu, on procède au lavage, au broyage et au séchage des fines de calcin, avant de les introduire dans un procédé de fabrication du verre.

[0014] Enfin, il est aussi connu de broyer les fines sortant de d'une ligne d'épuration, ces fines étant préalablement lavées sans séchage.

[0015] Lorsque des verriers se portent acquéreurs du calcin épuré par un recycleur tiers, ils n'ont aucune raison d'accepter les fines issues du traitement puisque celles-ci sont polluées et susceptibles de poser les problèmes que évoqués plus haut.

[0016] C'est par exemple le cas pour les recycleurs belges, ceux-ci n'étant liés structurellement à aucun groupe verrier. Les recycleurs belges ne sont cependant pas seuls dans ce cas de figure. L'acceptation ou le refus des fines est donc essentiellement une question de négociation commerciale, rendue encore plus difficile dans les périodes où la demande de calcin n'est pas importante.

[0017] Pour certains recycleurs actifs en Belgique, la totalité des rebuts (environs 18% de la production) part en décharge, pour servir éventuellement de couche de couverture. Cette 'valorisation' nécessite cependant un léger traitement. Il s'agit d'un broyage élémentaire pour uniformiser la granulométrie, d'une aspiration des fractions légères (papier et étiquettes) et d'une déferrisation. Les débouchés alternatifs comme les abrasifs, charges pour peinture, etc. restent très marginaux étant donnés les faibles volumes concernés.

[0018] Dans le contexte économique actuel d'excédent de calcin à traiter, les verriers refusent donc les fines de verre provenant des recycleurs indépendants. D'autre part, les verriers relèvent régulièrement leurs exigences de qualité. Ces nouveaux critères de qualité drastiques pourraient contraindre les recycleurs à revoir les paramètres opératoires de leurs installations et produire conséquemment plus de fines et moins de calcin.

[0019] Notons enfin l'existence de déchets de verre comprenant d'importantes quantités de matière organique qu'il n'est pas possible de soustraire par lavage, ou par des procédés mécaniques simples. C'est par exemple le cas des fibres de verre ensimées, voire des composites à renforts de fibres de verre.

[0020] En outre, dans la composition du verre, un apport de calcium est nécessaire (adjonction de +/- 10 % pondéral de CaO). Il est présent dans la structure atomique du verre sous forme d'oxyde CaO.

[0021] Pour des raisons économiques, le calcium comme matière première est incorporé dans le lit de fusion sous forme de carbonates CaC03 (ou CaMg (C03)2/ calcaire et / ou dolomie, ou autre matière résiduelle issue d'une autre production, telle que les boues de marbrerie, par exemple).

[0022] Le calcium peut aussi être incorporé dans le verre sous forme de chaux (CaO) , forme plus proche de sa structure chimique dans le verre. Un apport de calcium sous cette forme n'est cependant pas pratiqué industriellement étant donné le prix de la chaux.

[0023] Dans un four à verre, le calcaire subit la décarbonatation. Entre 500 et 800°C, les carbonates réagissent avec dégagement de CO2

Dans un four de verrerie, ces réactions se produisent dans une zone proche de l'enfournement.

[0024] Le procédé classique de vitrification avec enfournement de calcaire doit supporter le coût énergétique de la réaction et l'émission de gaz à effet de serre (CO2) concomitante provenant de la combustion et de la réaction de décarbonatation.

Buts de 1’invention

[0025] La présente invention vise à fournir un procédé permettant le recyclage des déchets comprenant du verre dans les filières de recyclage du verre qui ne présente pas les inconvénients de l'état de la technique ou qui réduit les inconvénients de l'état de la technique, en particulier un procédé qui permet de réduire la quantité de déchets verriers mis en décharge. La présente invention vise aussi à fournir un procédé simplifiant les étapes de tri et de valorisation des du verre recyclé.

Résumé de 11 invention

[0026] La présente invention divulgue un procédé de recyclage de déchets de verres comprenant les étapes suivantes : broyage des déchets de verre à recycler ; mélange des déchets de verre broyée avec du carbonate de calcium ; un traitement thermique du mélange obtenu à l'étape précédente à une température permettant la décarbonatation du carbonate de calcium et sa transformation en oxyde de Calcium (CaO).

[0027] Selon des modes préférés de l'invention, le procédé comporte au moins une, ou une combinaison quelconque appropriée des caractéristiques suivantes : - les déchets de verres broyés présentent une granulométrie inférieure à 0,5mm ; - le ratio déchet de verre/carbonate de calcium est compris entre 10 et 1, de préférence entre 5 et 2; - les déchets de verre sont séchés avant d'être broyés ; - le séchage est obtenu par circulation des gaz issus du traitement thermique; - le traitement thermique atteint une température minimum de 550°C, de préférence 825°C ; - le traitement thermique est effectué à une température inférieure à la température de ramollissement du verre, de préférence inférieure à 1000°C, avantageusement inférieure à 900°C; - les déchets de verre sont des fines de verres issues d'un procédé de triage des déchets de verre.

[0028] La présente invention divulgue aussi une composition adaptée à la fabrication du verre obtenu par le procédé selon de 1'invention comprenant : 10 à 50% en poids de CaO ou de Ca(OH)2 ; 50 à 90% en poids de verre sodocalcique ; une concentration en poids de matière organique inférieure à 0,1%.

[0029] ' De préférence, la composition selon l'invention présente une granulométrie comprise entre 1 et 10mm, de préférence comprise entre 2 et 5mm.

[0030] Avantageusement, la composition de l'invention comprend des résidus infusibles présentant une granulométrie inférieure à 0,5mm.

[0031] La présente invention divulgue ' aussi l'utilisation la composition de l'invention dans un procédé de fabrication de verre.

[0032] Enfin, l'invention divulgue un dispositif pour la mise en œuvre du procédé de l'invention comprenant: un four dont la conduite d'évacuation des gaz comprend une zone de séchage adaptée au séchage de déchets de verre ; un système de broyage en aval de la zone de séchage permettant.de broyer des déchets de verre selon une granulométrie inférieure à 0,5mm ; des moyens permettant, en utilisation, de mélanger les déchets de verres broyés avec du calcaire ; des moyens de transport du mélange déchet de verre/calcaire vers ledit four.

[0033] Avantageusement, le four du dispositif de l'invention est un four à chaux de type rotatif ou à lit fluidisé.

Brève description des figures

[0034] La figure 1 représente schématiquement le procédé selon l'invention.

Description détaillée de 11 invention

[0035] La présente invention concerne un procédé de recyclage et de valorisation des. déchets de verre permettant de réduire la quantité de déchets ultimes à disposer en décharge. Les déchets de verre à recycler dans ! la présente invention comportent généralement d'importantes quantités de résidu organiques, lesquels posent les problèmes cités plus haut.

[0036] Les déchets de verre recyclables par la présente invention seront par exemple des fibres d'isolation ou de renforcement, des fibres de verre ensimées par des enrobages organiques, des composites à renforts de fibres de verre, des fines de verres, ou tout autre déchet comprenant des quantité de verre importante, soit sous forme de verre souillé par des résidus organiques, soit des matrices organiques comprenant des charges de verre.

[0037] Par les termes « fines » ou « fines de verre », on entend la fraction de déchet écartée lors d'un processus de tri du verre recyclable, soit en raison des dimensions trop faibles de la dite fraction pour pouvoir être triée par les dispositifs optiques automatiques, soit les déchets écartés lors du tri optique lui-même.; Ces fines sont généralement composées à 80% de verres sodocalcique, le reste étant composé de divers matériaux infusibles (porcelaine, céramique, terre cuite,...) et/ou de résidus organiques.

[0038] La présente invention est adaptée à tous types de verre à base de silice, en particulier les verres dit sodocalciques, . de composition comprenant majoritairement de la silice, en mélange avec d'autres oxydes, en particulier les oxydes de magnésium et de calcium.

[0039] Le déchet à traiter pourra varier en composition de façon importante, la composition du lit de fusion dans le procédé ultérieur étant adaptée en fonction de la composition du produit de l'invention.

[0040] Dans le procédé de l'invention, les fines écartées lors des processus de tri traditionnel sont d'abord broyées finement, de façon à permettre une dissolution («'digestion ») rapide des impuretés infusibles dans le verre fondu.

[0041] A titre d'exemple la table 1 donne la durée de la « digestion » par un bain de verre fondu d'une particule donnée dans un four à 1350 °C.

Table 1

(*) ZAC 1711 est une matière réfractaire provenant de la dégradation du four

[0042] Il apparaît que pour des granulométries inférieures à environ 500 pm, . le temps de digestion des particules est compatible ‘avec un processus de transformation industriel du verre.

[0043] De préférence, les dites fines de verre sont séchées avant le broyage, ce qui améliore l'efficacité de celui-ci.

[0044] La poudre de fines de verre produite par le broyage pose alors encore deux problèmes principaux : d'une part, la présence de résidus organiques induit un dégagement gazeux lors du processus de fusion, lequel produit, un « moussage » du verre fondu, et d'autre part la combustion de ces résidus induit une variabilité des conditions d'oxydo-réduction dans le lit de fusion.

[0045] Dans une deuxième étape, la poudre obtenue est débarrassée de ces résidus organiques' par pyrolyse à haute température. De façon avantageuse, ç.ette étape de f cuisson est faite en présence de carbonate de calcium à une température permettant la décarbonatation de celui-ci, soit à une température supérieure à environ 550°C. En effet, à partir de 550°C, l'équilibre thermodynamique entre la pression partielle de C02 atmosphérique et le carbonate de calcium déplace la réaction CaC03 <-> CaO + C02 vers la droite. De préférence, pour des raisons de cinétique de réaction, la décarbonatation est effectuée à une température supérieure à 825°C, de préférence supérieure à 912°C. Il est intéressant de constater que la présence de silice permet, par un effet catalytique, d'accélérer la cinétique de décarbonatation.

[0046] La source de carbonate de calcium sera une source quelconque adaptée à l'industrie verrière. Il pourra s'agir en particulier de sources naturelles brutes telles que de la dolomie ou d'autres roches calcaires.

[0047] Au terme de ce traitement thermique, on obtient donc un mélange de chaux vive (CaO) et de verre sodocalcique comprenant éventuellement des inclusions de matière infusible. Ces inclusions présentent cependant une granulométrie leur permettant d'être rapidement dissous, lorsque le mélange obtenu est utilisé dans un processus de fabrication du verre traditionnel.

[0048] Le mélange obtenu comprenant la chaux vive sera alors soit utilisé directement dans un procédé verrier classique, soit ultérieurement, par exemple après transport vers une ligne de production de verre distante. Dans ce dernier cas, le mélange pourra comprendre, lors de son introduction dans le procédé verrier, d'importantes quantités de chaux éteinte (Ca(OH)2), cette chaux éteinte provenant de l'absorption d'humidité par la chaux vive.

[0049] La stabilité du procédé verrier étant primordiale, la chaux vive sera de préférence éteinte de façon contrôlée lorsque le stockage et le transport ne permettront pas un contrôle suffisant de la stabilité de la chaux vive.

[0050] Avantageusement, le mélange de chaux éteinte et de verre sodocalcique de l'invention pourra être mélangé avec des fines de verre broyées à une granulométrie inférieure à 0,5mm mais non traitées thermiquement, la chaux vive permettant une prédigestion des résidus organiques.

[0051] De façon avantageuse, la proportion de verre sodocalcique dans le mélange obtenu sera comprise entre 10 et 90% en poids, de préférence entre 50 et 90% en poids.

[0052] De préférence, la . composition finale du mélange comprendra au moins 10% en poids de chaux vive ou éteinte, avantageusement, entre 10 et 50% en poids de chaux vive ou éteinte.

[0053] Outre l'aspect composition du mélange, le traitement thermique de pyrolyse induit aussi une coalescence des particules de verres et une agrégation.avec la chaux vive, produisant des fragments de dimensions adaptées au processus de fabrication du verre, en particulier au niveau de l'enfournement. Ces dimensions pourront être modulées en fonction des besoins du processus de fabrication du verre par des paramètres tels que le temps de traitement, la température, la composition, et/ou la vitesse de rotation dans le cas d'un procédé basé sur l'utilisation, d'un four rotatif.

[0054] De préférence la granulométrie du produit obtenu présentera des dimensions suffisantes pour réduire la dispersion de particules fines dans le four verrier. Avantageusement, ces dimensions seront supérieures à 1mm, plus avantageusement encore supérieure à 2mm.

[0055] La consommation énergétique nécessaire au procédé de la présente invention est économisée au niveau du four verrier, de même que l'émission de C02. Le bilan énergétique global est donc neutre à cela près de la montée en température lors de l'enfournement.

[0056] La matière première ainsi obtenue est avantageusement adaptée -pour la production de verre pour-les motifs suivants : • absence de matières organiques ; • infusibles broyés ; • granulométrie adaptée ; • la composition est séchée et/ou • incorporation du calcium sous forme de CaO.

[0057] La fig. 1 .montre de manière synthétique un « flow sheet » théorique de l'installation 1 reprenant les différentes étapes décrites ci-avant. Dans cette installation 1, les fines de verres (ou autres déchets), issues du rejet d'un processus de tri de verre traditionnel sont acheminées via une trémie (10) vers une zone de séchage (2) . Cette zone de séchage (2) est avantageusement alimentée en air chaud et sec à partir d'un récupérateur de chaleur (4) récupérant la chaleur (et les gaz secs) issus d'un four (7) .

[0058] Les fines séchées sont ensuite acheminées par tous moyens adéquats vers un dispositif de broyage (3) permettant de réduire les fines à une poudre de granulométrie inférieure à 0,5mm.

[0059] Cette poudre de verre est ensuite mélangée à du calcaire provenant d'une seconde trémie (11) dans une dispositif de mélange et d'alimentation (5). Ce dispositif d'alimentation (5) alimente une trémie (6) qui conduit le mélange verre/calcaire vers un four (7) chauffé par un bruleur (8). De préférence, ce four (7) est un four à chaux de type rotatif ou à lit fluidisé.

[0060] A la sortie du four (7), des particules (9) de composition conforme à l'invention sont récupérées pour être ensuite valorisées dans un procédé de fabrication du verre classique. <

[0061] Le produit issu du procédé de l'invention est avantageusement une matière première composée de chaux et de calcin, destinée à l'industrie verrière. Le procédé de l'invention permet en outre d'incorporer avantageusement dans le lit de fusion les fines de verre obtenues par le rejet du procédé d'épuration du calcin, et permet en particulier le recyclage des rejets du tri optique décrit ci-dessus.

[0062] Cette incorporation dans le lit de fusion se fait sans les difficultés et les désordres engendrés par l'enfournement de fines non traitées, comme il est quelquefois pratiqué lorsque les verriers y sont contraints pour des raisons économiques.

[0063] Cette nouvelle matière première répond de manière avantageuse et inattendue à l'ensemble des contraintes propres à l'enfournement des matières premières vierges et du calcin recyclé dans un four à verre, c'est-à- dire : - élimination des organiques ; - Elimination de l'humidité ; - granulométrie adaptée ; - infusibles réduits par broyage en particules suffisamment fines pour être digérées lors de la vitrification ; - élimination du coût de mise en décharge (la valeur des fines est nulle ou négative) ; - coût énergétique compensé' (chaleur de décarbonatation).

[0064] Etant donné que c'est l'énergie nécessaire à la décarbonatation qui est utilisée subsidiairement pour éliminer les matières organiques et l'humidité contenue dans les fines de verre, une économie du procédé soit particulièrement favorable.

Claims (13)

1. Un - procédé de recyclage de déchets de verres comprenant les étapes suivantes : - broyage des déchets de verre à recycler ; - mélange des déchets de verre broyés avec- du carbonate de calcium ; un traitement thermique du mélange obtenu à l'étape précédente à une température permettant la décarbonatation du carbonate de calcium et sa transformation en oxyde de Calcium (CaO).

2. Le procédé selon la revendication 1 dans lequel les déchets de verres broyés présentent une granulométrie inférieure à 0,5mm.

3. Le procédé selon les revendications 1 ou 2 dans lequel le ratio déchet de verres/carbonate de calcium est compris entre 10 et 1.

4. Le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les déchets de verres sont séchés avant d'être broyés.

5. Le procédé selon la revendication 4 dans lequel le séchage est obtenu par circulation des gaz issus du traitement thermique.

6. Le procédé selon l'une quelconque des revendications précédente dans lequel le traitement thermique atteint une température minimum de 550°C, de préférence 825°C.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédente dans lequel les déchets de verre sont des fines de verres issues d'un procédé de triage des déchets de verre.

8. Une composition adaptée à la fabrication du verre obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant : 10 à 50% en poids de CaO ou de Ca(OH)2 ; 50 à 90% en poids de verre sodocalcique ; - une concentration en poids de matière organique inférieure à 0,1%.

9. La composition selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle présente une granulométrie comprise entre 1 et 10mm, de préférence comprise entre 2 et 5mm.

10. La composition selon - l'une des revendications 8 ou 9 caractérisée en ce qu'elle comprend des résidus -infusibles présentant une granulométrie, inférieure à 0,5mm.

11. L'utilisation de la composition de l'une quelconques des revendications 8 à 10 dans un procédé de fabrication de verre.

12. Un dispositif (1) pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 comprenant : - .un four (7) dont la conduite d'évacuation des gaz (4) comprend une zone de séchage (2) adaptée au séchage de déchets de verre ; - un système de broyage (3) en aval de la zone de séchage (2) permettant de broyer des déchets de verres selon une granulométrie inférieure à 0,5mm ; - des moyens (5) permettant, en utilisation de mélanger les déchets de verres broyés avec du calcaire ; - des moyens de transport (6) du mélange déchet de verre/calcaire vers ledit four à chaux.

13. Un dispositif selon la revendication 12 dans lequel le four (7) est un four à chaux de type rotatif ou à lit fluidisé.