FR3149220A1 - Procédé d'extraction d'un matériau énergétique solide d'un sol contaminé - Google Patents
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Abstract
Procédé d’extraction d’un matériau énergétique solide d’un sol contaminé
La présente invention concerne un procédé d’extraction d’un matériau énergétique solide d’un sol contaminé comprenant un mélange du matériau énergétique avec des substances végétales, des granulats minéraux et des pièces métalliques, le procédé comprenant :
- un tamisage et un lavage du sol contaminé pour récupérer ledit mélange et éliminer la terre et le sable éventuellement présent,
- une première séparation densimétrique entre une fraction légère comprenant les substances végétales, et une fraction lourde comprenant le matériau énergétique, les granulats minéraux et les pièces métalliques, par immersion du mélange ainsi récupéré dans un bain d’eau,
- une extraction de la fraction lourde obtenue lors de la première séparation densimétrique,
- un séchage ou un égouttage de la fraction lourde ainsi extraite,
- une deuxième séparation densimétrique entre le matériau énergétique d’une part, et les granulats minéraux et les pièces métalliques d’autre part, par immersion de la fraction lourde ainsi séchée ou égouttée dans un bain de saumure d’un formiate de métal alcalin, ladite saumure ayant une densité supérieure à celle du matériau énergétique et inférieure à chacune des densités des pièces métalliques et des granulats minéraux, et
- une extraction du matériau énergétique obtenu suite à la deuxième séparation densimétrique.
Pas de figure pour l’abrégé.
Description
Le présent exposé concerne un procédé d’extraction d’un matériau énergétique solide pour la dépollution d’un sol contaminé.
Le sol d’anciens lieux de production ou de stockage peut être contaminé par des matériaux énergétiques solides à caractère explosif. Une technique de criblage densimétrique peut être envisagée pour extraire le matériau énergétique et procéder à une dépollution du sol. Cette technique est toutefois sensible à la forme géométrique des matériaux, or le matériau énergétique peut se trouver sous un mélange d’éléments de forme variée allant de grains millimétriques à des plaquettes de plusieurs dizaines centimètres de long dans le cas de la poudre B par exemple. Par ailleurs, le sol contaminé comprendra très fréquemment des granulats minéraux d’échelle centimétrique et potentiellement des pièces métalliques (comme des petites pièces de quincaillerie), qui ne seront pas séparées du matériau énergétique lors du criblage. La présence de ces pièces peut poser un problème de sécurité pyrotechnique lors de l’étape de préparation à la destruction du matériau énergétique qui met classiquement en œuvre un broyage préalable.
Il est donc souhaitable de disposer d’un procédé de traitement d’un sol contaminé par un matériau énergétique ayant une efficacité améliorée et qui donne toutes les garanties de sécurité pyrotechnique pour les étapes de traitement ultérieures.
Le présent exposé concerne un procédé d’extraction d’un matériau énergétique solide d’un sol contaminé comprenant un mélange du matériau énergétique avec des substances végétales, des granulats minéraux et des pièces métalliques, le procédé comprenant :
- un tamisage et un lavage du sol contaminé pour récupérer ledit mélange et éliminer la terre et le sable éventuellement présent,
- une première séparation densimétrique, entre une fraction légère comprenant les substances végétales et une fraction lourde comprenant le matériau énergétique, les granulats minéraux et les pièces métalliques, par immersion du mélange ainsi récupéré dans un bain d’eau,
- une extraction de la fraction lourde obtenue lors de la première séparation densimétrique,
- un séchage ou un égouttage de la fraction lourde ainsi extraite,
- une deuxième séparation densimétrique, entre le matériau énergétique d’une part, et les pièces métalliques et granulats minéraux d’autre part, par immersion de la fraction lourde ainsi séchée ou égouttée dans un bain de saumure d’un formiate de métal alcalin, ladite saumure ayant une densité supérieure à celle du matériau énergétique et inférieure à chacune des densités des pièces métalliques et des granulats minéraux, et
- une extraction du matériau énergétique obtenu suite à la deuxième séparation densimétrique.
- un tamisage et un lavage du sol contaminé pour récupérer ledit mélange et éliminer la terre et le sable éventuellement présent,
- une première séparation densimétrique, entre une fraction légère comprenant les substances végétales et une fraction lourde comprenant le matériau énergétique, les granulats minéraux et les pièces métalliques, par immersion du mélange ainsi récupéré dans un bain d’eau,
- une extraction de la fraction lourde obtenue lors de la première séparation densimétrique,
- un séchage ou un égouttage de la fraction lourde ainsi extraite,
- une deuxième séparation densimétrique, entre le matériau énergétique d’une part, et les pièces métalliques et granulats minéraux d’autre part, par immersion de la fraction lourde ainsi séchée ou égouttée dans un bain de saumure d’un formiate de métal alcalin, ladite saumure ayant une densité supérieure à celle du matériau énergétique et inférieure à chacune des densités des pièces métalliques et des granulats minéraux, et
- une extraction du matériau énergétique obtenu suite à la deuxième séparation densimétrique.
L’invention est remarquable en ce qu’elle repose sur le principe de séparation densimétrique, ou séparation par flottaison, pour séparer le matériau énergétique des pièces métalliques et des granulats minéraux.
Lors de cette étape, les granulats minéraux et les pièces métalliques coulent au fond du bain de saumure, alors que le matériau énergétique flotte en surface et peut ainsi être aisément extrait. La saumure permet d’extraire le matériau énergétique quelle que soit sa forme avec une efficacité élevée, ne pose pas de risque pyrotechnique et permet une séparation simple. Elle présente également un très faible impact environnemental et une viscosité modérée, même à une forte concentration du formiate. En outre, on procède à un séchage ou un égouttage de la fraction lourde avant la deuxième séparation densimétrique afin de limiter l’emport d’eau qui aurait pour conséquence de dénaturer le bain de saumure.
Dans un exemple de réalisation, le formiate de métal alcalin est le formiate de potassium.
Un tel sel de formiate présente avantageusement un coût moindre par rapport au formiate de césium.
Dans un exemple de réalisation, un écart entre la densité de la saumure et la densité du matériau énergétique n’excède pas 0,05.
Une telle caractéristique permet d’améliorer davantage encore l’efficacité de l’extraction du matériau énergétique.
Dans un exemple de réalisation, le procédé comprend en outre :
- une extraction des pièces métalliques et des granulats minéraux suite à la deuxième séparation densimétrique,
- une extraction du formiate de métal alcalin résiduel, présent sur le matériau énergétique, sur les pièces métalliques et sur les granulats minéraux ainsi extraits suite à la deuxième séparation densimétrique, par rinçage à l’eau,
- une récupération de l’eau de rinçage comprenant le formiate de métal alcalin résiduel ainsi extrait, et
- une concentration du formiate de métal alcalin résiduel par évaporation sous vide de l’eau de rinçage.
Ce mode de réalisation vise à récupérer le formiate de métal alcalin résiduel présent sur les pièces métalliques, granulats minéraux et sur le matériau énergétique suite à la deuxième séparation densimétrique, pour le rendre disponible pour une réutilisation ultérieure. Cela permet avantageusement de limiter la consommation de matière et donc le coût de mise en œuvre.
Dans un exemple de réalisation, le matériau énergétique est à base de nitrocellulose.
Le présent exposé concerne également un procédé de destruction d’un matériau énergétique solide extrait d’un sol contaminé, comprenant :
- une extraction du matériau énergétique solide du sol contaminé par mise en œuvre d’un procédé tel que décrit plus haut,
- un broyage du matériau énergétique ainsi extrait, et
- une destruction du matériau énergétique ainsi broyé.
- un broyage du matériau énergétique ainsi extrait, et
- une destruction du matériau énergétique ainsi broyé.
L’invention trouve un intérêt particulier dans ce cadre dans la mesure où l’étape de broyage ne présente plus de risque pyrotechnique du fait de la séparation du matériau énergétique des pièces métalliques et granulats minéraux.
L’invention est à présent décrite au moyen de la , présente à but descriptif pour illustrer un mode de réalisation de l’invention et qui ne doit pas être interprétée comme limitant cette dernière.
Le procédé décrit concerne le traitement d’un volume de sol 10 contaminé par un matériau énergétique. Le sol 10 comprend de la terre, éventuellement du sable, des granulats minéraux tels que des pierres, des substances végétales (feuilles, branches etc.) et des pièces métalliques (vis, écrous, déchets métalliques ou autres), ainsi que le matériau énergétique.
L’échantillon de sol 10 à traiter est tout d’abord tamisé et lavé (étape S1) de sorte à récupérer un mélange 14 comprenant, dans l’exemple illustré, le matériau énergétique, les substances végétales, les granulats minéraux et les pièces métalliques, et le séparer des autres constituants du sol tels que la terre et le sable. L’étape S1 permet d’éliminer des particules 12 de terre et de sable ayant une dimension inférieure à une dimension prédéfinie, par exemple inférieure ou égale à 2 mm. L’étape S1 peut être réalisée à l’aide d’un trommel, éventuellement sous écoulement d’eau pour faciliter l’élimination des particules 12.
Le mélange 14 ainsi récupéré est immergé dans un bain BE d’eau de sorte à réaliser une première séparation densimétrique entre les éléments présents (étape S2). Lors de l’étape S2, les substances végétales 15 flottent à la surface du bain BE car elles ont une densité inférieure à celle de l’eau. Le reste du mélange 14 comprenant le matériau énergétique 171, les pièces 173 métalliques et les granulats minéraux 175 coule au fond du bain BE, car ses constituants ont chacun une densité supérieure à celle de l’eau.
On notera que le matériau 171 énergétique ne présente pas une granulométrie homogène, et peut comme illustré être sous la forme d’un mélange de grains, ayant une forme sensiblement sphérique, et de plaquettes, distinctes des grains, ayant une forme élancée. La personne du métier reconnaîtra que l’invention peut s’appliquer à de nombreux types de matériaux énergétiques. A titre d’exemple, le matériau énergétique peut être un matériau explosif. Le matériau énergétique peut être à base de nitrocellulose, avec éventuellement un plastifiant comme la nitroglycérine et/ou une charge énergétique, comme la nitroguanidine. Le matériau énergétique peut être de la poudre B. Toujours à titre d’exemple, le matériau énergétique peut présenter une teneur massique en nitrocellulose supérieure ou égale à 95 %, par exemple supérieure ou égale à 98%.
La première séparation densimétrique permet de séparer la fraction légère, formée par les substances végétales 15, qui flotte en surface du bain BE d’eau, de la fraction lourde 17, comprenant le matériau énergétique 171, les pièces 173 métalliques et les granulats minéraux 175, qui est au fond du bain BE. Les substances végétales 15 flottantes sont retirées du bain BE à l’aide de techniques connues en soi, par exemple manuellement avec une épuisette ou automatiquement à l’aide de technologies de récupération des flottants utilisées dans le domaine du traitement des eaux. La fraction légère a une densité inférieure à celle de l’eau et inférieure à celle de la fraction lourde 17. La fraction lourde 17 a une densité supérieure à celle de l’eau. Le bain BE est ensuite évacué pour extraire la fraction lourde 17, ou la fraction lourde tombe dans un contenant, par exemple sous la forme d’un panier, qui est retiré sans vidanger le bain.
La fraction lourde 17 ainsi extraite est ensuite séchée ou égouttée pour éliminer l’eau résiduelle présente. On peut par exemple mettre en œuvre un soufflage d’air à vitesse élevée qui constitue une technique adaptée à l’automatisation, par exemple de part et d’autre d’un tapis convoyeur perforé.
La fraction lourde 17 extraite, et séchée ou égouttée, est ensuite immergée dans un bain BS d’une saumure, c’est-à-dire une solution aqueuse, d’un sel de formiate de métal alcalin, de sorte à réaliser une deuxième séparation densimétrique (étape S3). Le sel de formiate peut être le formiate de potassium ou le formiate de césium. Comme indiqué plus haut, le formiate de potassium présente un coût inférieur au formiate de césium et une densité suffisante pour le cas d’application. Le formiate de césium est significativement plus coûteux mais permet d’accéder à des densités supérieures, ce qui est utile pour l’extraction de matériaux énergétiques de densité supérieure à 1,7.
La densité de la saumure est fonction de la concentration en formiate, une concentration plus élevée aboutit à une augmentation de la densité. La densité de la saumure est intermédiaire entre celle du matériau énergétique 171 et celle des pièces métalliques 173. La densité de la saumure est également intermédiaire entre celle du matériau énergétique 171 et celle des granulats minéraux 175. En d’autres termes, la densité de la saumure est supérieure à la densité du matériau énergétique 171 mais inférieure à celle(s) des pièces métalliques 173 (et inférieure à celle(s) des granulats minéraux 175). Ainsi lors de l’étape S3, le matériau énergétique 171 flotte à la surface du bain BS car il a une densité inférieure à celle de la saumure. Les pièces métalliques 173, et les granulats minéraux 175, coulent, en revanche, au fond du bain BS car ils ont chacun une densité supérieure à celle de la saumure, et forment un résidu lourd 19.
Quel que soit le mode de réalisation considéré, la densité du matériau énergétique 171 peut être inférieure ou égale à 1,6. Il peut être intéressant pour améliorer encore l’efficacité de la séparation, d’ajuster la densité de la saumure à une valeur proche de la densité du matériau énergétique 171, tout en restant supérieure à celle-ci. Quel que soit le mode de réalisation considéré, l’écart entre la densité de la saumure et la densité du matériau énergétique n’excède pas 0,05, voire 0,02. A titre d’exemple, la densité du matériau énergétique 171 peut être sensiblement égale à 1,6 et la densité de la saumure peut être sensiblement égale à 1,62. Toujours à titre d’exemple lorsqu’une saumure de formiate de potassium est mise en œuvre, la concentration en formiate de potassium peut être supérieure ou égale à 80% en masse, par exemple à 81%. La saumure peut éventuellement être une solution aqueuse saturée de formiate de potassium. Sauf mention contraire, la densité et la concentration de la saumure sont prises avant immersion de la fraction lourde 17 séchée ou égouttée.
Le matériau énergétique 171 flottant est extrait du bain BS à l’aide de techniques connues en soi, par exemple manuellement avec une épuisette ou automatiquement à l’aide de technologies de récupération des flottants utilisées dans le domaine du traitement des eaux. Le bain BS est ensuite évacué pour extraire le résidu lourd 19. En variante, le résidu lourd 19 tombe dans un contenant, par exemple sous la forme d’un panier, qui est retiré sans vidanger le bain. Le bain BS peut être stocké en vue d’une utilisation ultérieure.
On notera que les étapes S2 et S3 présentent l’avantage de pouvoir être réalisées à une température modérée, par exemple inférieure ou égale à 30°C, par exemple comprise entre 5°C et 30°C, voire à température ambiante (20°C). Cela participe au caractère hautement sécuritaire du procédé proposé.
L’exemple illustré à la propose un recyclage du formiate ayant servi à la deuxième séparation densimétrique au travers des étapes S41, S42, S5 et S6 qui vont à présent être décrites. On ne sort toutefois pas du cadre de l’invention si ce recyclage est omis.
Les étapes S41 et S42 permettent d’extraire le formiate de métal alcalin résiduel présent sur le matériau énergétique 171 et sur le résidu lourd 19, après la deuxième séparation densimétrique. Cette récupération est réalisée par rinçage à l’eau. A l’issue du rinçage de l’étape S41, on obtient un matériau énergétique 171’ nettoyé du formiate. Selon l’état du matériau 171’, il peut être détruit, ou recyclé et réintégré dans une composition énergétique. La destruction du matériau 171’ fait appel à des techniques connues en soi comme l’incinération, l’hydrolyse basique ou plus avantageusement l’oxydation hydrothermale supercritique comme par exemple décrit dans la demande WO2020188221. Elle est précédée d’un broyage du matériau 171’. On obtient également des pièces métalliques 173’ et des granulats minéraux 175’ nettoyés du formiate après l’étape S42.
L’eau de rinçage 21 des étapes S41 et S42 est récupérée puis subi une évaporation sous vide pour concentrer le formiate de métal alcalin résiduel qui a été extrait (étape S5). On peut ainsi obtenir une saumure de formiate de métal alcalin résiduel 23 de densité adaptée à son réemploi direct ou du formiate de métal alcalin cristallisé qui peut ensuite être mélangé à de l’eau E, ou à une saumure, pour obtenir une saumure concentrée utilisable pour une nouvelle deuxième séparation densimétrique (étape S6).
L’expression « comprise entre … et … » doit se comprendre comme incluant les bornes.
Claims (6)
- Procédé d’extraction d’un matériau énergétique solide d’un sol (10) contaminé comprenant un mélange (14) du matériau énergétique (171) avec des substances végétales (15), des granulats minéraux (175) et des pièces métalliques (173), le procédé comprenant :
- un tamisage et un lavage (S1) du sol contaminé pour récupérer ledit mélange et éliminer la terre et le sable éventuellement présent,
- une première séparation (S2) densimétrique, entre une fraction légère comprenant les substances végétales et une fraction lourde comprenant le matériau énergétique, les granulats minéraux et les pièces métalliques, par immersion du mélange ainsi récupéré dans un bain (BE) d’eau,
- une extraction de la fraction lourde obtenue lors de la première séparation densimétrique,
- un séchage ou un égouttage de la fraction lourde ainsi extraite,
- une deuxième séparation (S3) densimétrique, entre le matériau énergétique d’une part, et les pièces métalliques et granulats minéraux d’autre part, par immersion de la fraction lourde ainsi séchée ou égouttée dans un bain (BS) de saumure d’un formiate de métal alcalin, ladite saumure ayant une densité supérieure à celle du matériau énergétique et inférieure à chacune des densités des pièces métalliques et des granulats minéraux, et
- une extraction du matériau énergétique obtenu suite à la deuxième séparation densimétrique. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel le formiate de métal alcalin est le formiate de potassium.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel un écart entre la densité de la saumure et la densité du matériau énergétique (171) n’excède pas 0,05.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le procédé comprend en outre :
- une extraction des pièces métalliques (173) et des granulats minéraux suite à la deuxième séparation densimétrique,
- une extraction (S41 ; S42) du formiate de métal alcalin résiduel, présent sur le matériau énergétique (171), sur les pièces métalliques et sur les granulats minéraux ainsi extraits suite à la deuxième séparation (S3) densimétrique, par rinçage à l’eau,
- une récupération de l’eau de rinçage (21) comprenant le formiate de métal alcalin résiduel ainsi extrait, et
- une concentration (S5) du formiate de métal alcalin résiduel par évaporation sous vide de l’eau de rinçage. - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le matériau énergétique (171) est à base de nitrocellulose.
- Procédé de destruction d’un matériau énergétique solide extrait d’un sol (10) contaminé, comprenant :
- une extraction du matériau énergétique (171) du sol contaminé par mise en œuvre d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5,
- un broyage du matériau énergétique ainsi extrait, et
- une destruction du matériau énergétique ainsi broyé.
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