Fusion de résidus minéraux par arc électrique : Comportement des métaux lourds

par Nuno Cerqueira

Thèse de doctorat en Matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Jean-Marie Baronnet.

  • Titre traduit

    Electrical arc melting of mineral residues : Heavy metals behaviour


  • Résumé

    Ce mémoire concerne l'étude du comportement des métaux lourds lors de la vitrification des résidus d'épuration des fumées issues de l'incinération des ordures ménagères (REFIOM) par arc électrique. Dans le premier chapitre sont présentés la problématique du devenir des métaux lourds lors de l'incinération des déchets ménagers, les caractéristiques des REFIOM ainsi que les procédés permettant leur stabilisation/solidification et en particulier les procédés de vitrification. Dans le deuxième chapitre on trouve la déscription d'une part du dispositif expérimental, fondé sur un creuset, rempli d'un REFIOM synthétique, placé dans la zone de couplage des jets d'un plasma à arc transféré entre deux torches jumelées bipolaires, d'autre part d' une méthode de mesure, par spectroscopie d'émission, des teneurs en vapeurs métalliques au voisinage immédiat de la surface du bain. Dans le troisième chapitre, l'auteur développe un code de calcul permettant de simuler l'évaporation non congruente des métaux lourds; les effets de la teneur en chlore dans le matériau à vitrifier et de la pression partielle d'oxygène dans l'atmosphère sont étudiés; une simulation de l'échauffement progressif du bain permettant de situer dans l'histoire thermique du processus le départ des métaux, du chlore et du soufre est présentée. Ce chapitre se termine par la présentation des résultats obtenus. Le quatrième chapitre rassemble les résultats expérimentaux qui sont ensuite confrontés à ceux du modèle: les influences de la pression partielle d'oxygène dans la phase gazeuse, de la température, de la composition de la fonte sur la vitesse d'évaporation des différents éléments étudiés- Pb, Zn, Cd, Cr- sont mises en évidence.


  • Résumé

    This work is devoted to the study of heavy metals behavior during arc plasma vitrification of fly ash. In the first part, the fate of heavy metals during incineration of domestic wastes is followed; physicochemical properties of fly-ash and the process - especially vitrification - to stabilize and to solidify this hazardous waste are presented with special attention to long-term containment quality. In the second part, the experimental set-up is described: a crucible, filled with synthetic fly-ash in which metallic salts and oxides are added, is set in the coupling zone of plasma arc transferred between two bipolar electrodes. Metallic vapours densities in the gaseous phase above the melt surface are measured by optical emission spectroscopy. In this chapter, is also briefly presented the mass spectrometric analysis of the exhaust gases. In the third chapter, a model to predict the evaporation of some heavy metals, of chlorine and of sulfur, from the melt is presented: the influence of the chlorine content in the chemical mixture to be vitrified and also the influence of the oxygen partial pressure in the gaseous phase are studied; finally the progressive heating of the system is considered. In the last chapter, for Pb, Cd, Zn and Cr, the experimental results are gathered in front of the modeling ones. The influences of the oxygen partial pressure in the gaseous phase and of chlorine content of the melt are enlightened.

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Informations

  • Détails : 213 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 204-213

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  • Bibliothèque : Université de Limoges (Section Sciences et Techniques). Service Commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
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