Comment convertir les déchets réfractaires en matières premières
Les briques réfractaires sont utilisées pour revêtir les fours, séchoirs, incinérateurs et réacteurs soumis à des températures élevées. Leur fabrication est coûteuse et elles sont difficiles à recycler. Le projet de recherche REFRASORT, financé par l'UE, a passé ces trois dernières années à chercher un moyen d'améliorer le tri des matériaux réfractaires usagés, afin de transformer ces déchets industriels en matière première utile. L'équipe de REFRASORT a conçu un système automatisé basé sur la spectroscopie sur plasma induit par laser (LIBS) pour classer les briques réfractaires usagées, ainsi qu'un système de poussoirs pour les manipuler. Le besoin d'un meilleur recyclage est clair. «Les matériaux recyclés ne satisfont qu'à 5 à 7 % de la demande en matière première et cela ne concerne que quelques applications, ce qui fait qu'une grande quantité de matériau est perdue», déclare Liesbeth Horckmans, coordinatrice du projet REFRASORT et chercheuse en matériaux durables au sein de la société belge VITO, spécialisée dans la recherche sur les technologies propres. Actuellement, l'essentiel des matériaux réfractaires usagés est recyclé pour des utilisations de bas niveau telles que la construction de plateformes de route, ou mis en décharge. Parallèlement, les fabricants européens de briques réfractaires sont fortement dépendants de l'importation des matières premières nécessaires à leur fabrication (par exemple, 90 % de la bauxite est importée de Chine) et les prix sont volatils. La contamination complique le tri Le tri des matériaux réfractaires, fait actuellement à la main, est complexe. Les températures extrêmes et l'interaction avec l'acier chaud et les scories durant leur utilisation, ainsi que la poussière ajoutée durant la démolition, produisent le dépôt de couches de contamination sur la brique et rendent difficile l'identification de ses composants. À cause de cette contamination, il est impossible d'utiliser des capteurs pour examiner les propriétés de la surface de la brique. L'équipe de REFRASORT a surmonté ce problème en utilisant la spectroscopie LIBS qui envoie deux rafales laser sur chaque fragment de déchet au moment où il passe sur la bande convoyeuse. La première rafale pénètre la couche de contamination sur une profondeur de 100 µm, ce qui permet à la deuxième rafale de générer sans interférence le matériau à analyser. «L'un des problèmes que nous avons dû surmonter tenait à la nécessité de suivre très précisément le matériau, car il faut être certain que la deuxième rafale touchera exactement le même endroit que la première», déclare le Dr Horckmans. Un traitement rapide La conception d'un système mécanique de manipulation suffisamment rapide pour tenir le rythme du capteur a également présenté des difficultés. «Jusqu'à présent, les systèmes de manipulation utilisaient généralement des volets mécaniques ou des systèmes à air pulsé, mais dans ce cas, chaque brique pèse souvent plusieurs kilos», déclare le Dr Horckmans. D'autre part, chaque fragment doit être présenté à une certaine distance du suivant. L'équipe a mis au point un système constitué de quatre sous-processus —constitution de la file, isolement, espacement et séparation — basés sur une série de dispositifs de poussoirs pneumatiques. Il trie huit fragments en même temps et peut identifier une brique par seconde, assurant un débit total de dix tonnes à l'heure. En 2016, l'équipe a utilisé un système de démonstration installé dans l'entreprise belge de recyclage ORBIX pour trier 30 tonnes de matériau, qui ont ensuite été utilisées dans une installation. «Nous avons démontré à l'échelle industrielle la faisabilité du concept consistant à utiliser la spectroscopie LIBS pour l'identification, et que les résultats sont assez bons pour permettre la réutilisation des matériaux», déclare le Dr Horckmans. Les membres du projet recherchent maintenant un financement pour poursuivre le développement technique et passer à l'échelle supérieure. Ils font état d'un fort intérêt de la part de l'industrie et espèrent une utilisation industrielle complète du procédé d'ici deux à trois ans.
Mots‑clés
REFRASORT, tri, recyclage, réfractaires, briques réfractaires, automatisation, spectroscopie laser, traitement mécanique
