Municipal solid waste incineration electrofilter fly ash: treatment and incorporation in cementitious materials

Les Cendres Volantes d’Electrofiltres (CVE) d’incinération d’ordures ménagères sont considérées comme des déchets dangereux et mises en décharges après une phase de stabilisation et de solidification par un liant hydraulique. Leur utilisation dans des matériaux cimentaires permet l’élimination d’un déchet en diminuant la demande de matériaux de construction. Cependant, avant leur incorporation dans des matériaux cimentaires, les CVE doivent subir plusieurs traitements. Premièrement, un lavage à l’eau permet de diminuer fortement la concentration en chlorures. Dans un deuxième temps, une séparation granulométrique des CVE est appliquée afin de ne sélectionner que la fraction la moins contaminée en métaux lourds, notamment en plomb et en zinc, ces métaux lourds étant connus comme retardateurs de prise. Enfin, une troisième étape consiste à oxyder l’aluminium métallique présent dans les CVE à l’aide d’un lavage basique à l’hydroxyde de sodium. S’il n’est pas oxydé durant la phase de traitement, l’aluminium métallique se transforme en aluminates dans la matrice cimentaire tout en produisant de l’hydrogène, responsable de l’apparition de vides et de fissures endommageant ainsi le matériau. Une fois traitées, les CVE peuvent alors être utilisées en substitution partielle du ciment pour une étude de leur réactivité potentielle. Les résultats de cette étude ont montré que l’activité des CVE traitées à l’hydroxyde de sodium est principalement d’origine physique (granulométrique et surface développée). Les CVE ne présentent pas de nature pouzzolanique. Les essais de lixiviation ont montré une durabilité équivalente et une très bonne stabilisation du chrome, du plomb et du zinc, qui permet de respecter les normes environnementales européennes./Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) Electrofilter Fly Ash (EFA) is considered as hazardous waste and landfilled after stabilisation and solidification with a hydraulic binder. Its use in cementitious materials allows the elimination of a waste and a decrease of construction materials use. However, before its incorporation in cementitious materials, EFA has to be treated. Firstly, a water washing allows an important decrease in chloride concentration. In a second time, size-based separation is used to select the less heavy metals contaminated fraction, especially in lead and zinc. Indeed, these heavy metals are knows as setting retarders. Finally, a third step involves oxidizing of metallic aluminium contained in EFA during a basic washing with sodium hydroxide. Indeed, if it is not oxidize during the treatment, metallic aluminium converts in aluminates in the cementitious material, and produces hydrogen, generating cracking and voids, and damaging the cementitious material. After the treatment step, a study of the potential reactivity of EFA used in partial replacement of cement is carried out. Results show the activity of EFA treated with sodium hydroxide is mainly physical (grading and developed surface). EFA presents not pozzolanic effect. Leachability tests show an equivalent durability and a very efficient stabilisation of chrome, lead and zinc, allowing the respect of the European environmental standard.Doctorat en Sciences de l'ingénieur