Brevet FR2014362A1 — publié le 19700417

La présente invention concerne un procédé due valorisation de schiste houiller pour la fabrication d'éléments céramiques de constructions, selon lequel le schiste est transformé en chamotte par cuisson L'on sait, d'une part, que les schistes houillers sont formés d'argiles qui se sont fossilisées et comprimées par suite de leur stagnation à grande profondeur. Ces mêmes argiles, si elles se trouvent en surface, ont gardé leurs caradéristiques plastiques. Ce sont ces qualités qui ont attiré les premiers potiers. L'utilisation de ces qualités de malléabilité nécessite une grande maitrise de la matière. Des tensions, des fissures surviennent au séchage et à la cuisson par suite des retraits. Pour y remédier et diminuer ces retraits, le céramiste moderne procède à l'adjonction de chamotte, c'est-à-dire d'argile calcinée, broyée et très onéreuse. L'on sait également que de nombreux pays disposent de quantités considérables de schiste houiller entreposé sous forme de terrils près des puits de mines de charbon. Plusieurs procédés, décrits par exemple dans les brevets français 1.021.210 et allemand 810.217, ont déjà été proposés pour valoriser le schiste, en le transformant en chamotte par cuisson. Ces publications antérieures envisagent toutefois comme usage principal bien connu, que la chamotte ainsi obtenue soit employée com- me additif pour la fabrication de produits céramiques classiques, dans le but de diminuer les retraits de cuisson ou pour la fabrication de produits réfractaires tels que du mortier ou des briques réfractaires. Un procédé de transformation de schiste bitumineux cuit en corps façonnés a été décrit dans le brevet français 1.509.993.Ce procédé connu, consiste toutefois à transformer le schiste sn- "argile dé schiste", la. température de cuisson du schiste ne dépassant pas8750C, et à cuire les produits façonnés à partir de cette argile de schiste, à une température qui est supérieure à celle de la transformation du schiste en argile de schiste, ce qui présente l'inconvénient des retraits habituels des matières lors de la cuisson du produit façonné ; en conséquence, ce procédé provoquant toujours des retraits, ne permet pas la production de grandes dalles minces, ou de très grands éléments, très recherchés à l'heure actuelle en tant que produits pour revêtement et décoration des murs extérieurs et/ou intérieurs d'immeubles, en raison de leurs qualités décoratives et techniques exceptionnelles. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication- céramique à partir de schiste houiller, qui permet la réalisation d'éléments de très grandes dimensions et de faible ou forte épaisseurs, présentant des qualités exceptionnelles de légèreté, d'isolation et de stabilité dimensionnelle. A cet effet, selon l'invention, la transformation du schiste en chamotte comprend successivement une phase de précuisson au cours de laquelle le s,chis- te est amené à une température de tordre de 800 à 1000 C, un refroidissement brusque au cours duquel le schiste précuit subit un étonnage, ainsi qu'une phase de cuisson à une température non inférieure à 1000 C, suivi d'un nouvel étonnage, la chamotte ainsi obtenue constituant, après broyage, un composant entrant à raison d'au moins 90% en poids, dans la composition d'un agrégat que l'on fason- ne, avec addition- d-'eau, en éléments de construction que l'on cuit à une température inférieure à celle de la cuisson de la chamotte. L'avantage du procédé selon l'invention consiste d'une part, à obtenir une chamotte gréseuse, ce qui contribue à supprimer tous retraits ou -fissurations et transformation de la matière en cours de cuisson, des articles façonnés, condition nouvelle de la fabrication céramique, et d'autre part, à éviter la phase de séchage des articles façonnés avant cuisson en raison de l'effet pouzzolanique du schiste calciné, vitrifié, qui constitue la quasi totalité d;u-maté- riau de façonnage. Suivant une forme de réalisation préféréede l'invention, ce dans le-but d'accélérer la prise des articles façonnés, 1' eau de gâchage est chauffée à une température inférieure à 1000C. Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'inven- tion, l'on ajoute-à la composition à gâcher au moins un catalyseur du groupe-comprenant le nitrate d'ammonium, des sels alcalins, du monophosphate d'a-lumine, le phosphate de gallium, les sels de calcium. Il est également utile, selon l'invention, d'ajouter à la composition une matière tampon constituée par des phosphates poly- mères de so-dium ou de potassium en combinaison avec l'acide phospho rique. -L'on peut,- selon une variante de l'invention, remplacer une partie du schiste cuit de la composition à gâ;chser par. des dé- chets céramiques cuits. Avantageusement selon l'invention, l'article façonné peut etre émaillé avant cuisson. D'autres détails et particularités de ltinvention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif, concernant la mise en oeuvre de l'invention pour la fabrication de produits céramiques. Le procédé selon l'invention consiste en combinaison d'une part, à transformer du schiste houiller en chamotte vitrifiée et d'aube part, à transformer la chamotte vitrifiée en éléments très minces ou très épais, ce qui est inusité en céramique. La première transformation comprend trois phases principales, à savoir une précuisson au cours de laquelle le schiste est séché et ses carbonates de composition sont éliminés, la température supérieure de précuisson étant de l'ordre de 8000C, un refroidissement brusque au cours duquel le schiste précuit subit un étonnage et enfin une cuisson proprement dite à une température de l'ordre de 1000 à 12000C, suivi d'un nouvel étonnage dû à un refroidissement brusque. Après refroidissement, le schiste est broyé en grains présentant une dimension de 1tordre de 0 à 2 mm; il enbe alors en tant que composant principal puisqu'il y représente plus de 90% en poids de la masse totale, dans la composition d'un agrégat destiné au façonnage de dalles ou éléments de construction.Le restant de la masse à façonner peut être constitué par de la bentonite ou des fluidifiants tels que les silico polymères, les silicates complexes de sels de Mg, K20 et/ou de Na2O, des fondants céramiques tels que des sels alcalins, alcalinorreux, de l'argile fusible ou des oxydes métalliques divers, une matière tampon telle que le phosphate d'ammonium ou l'acide phosphorique ou encore des phosphates complexes polymères de Na, K, utilisés en combinaison avec l'acide phosphorique, du feldsphath ou de la néphéline seynithe, de l'argile colorante, tous produits et agents bien connus en céramique. L'on peut également ajouter une faible quantité d'un liant argileux cons titué par de l'argile silico-alumineuse du type kaolino-halloysitique. L'on gâche alors l'agrégat avec de lteaue de préférence chaude à environ 90QC à laquelle peut être ajouté un catalyseur. Dès ce moment, les propriétés d'auto-durcissement du schiste vitrifié (effet pouzzolanique) débutent de sorte qu'il est avantageux de mettre sans tarder la pâte en forme et ron peut, sans effectuer la phase du séchage et après émaillage éventuel, faire cuire le produit céramique, à une température égale ou inférieure à celle de la température de cuisson du schiste, de sorte qu'il ne se produit plus de retraits ou de fissuration dus à la cuisson. Du- fait de l'utilisation quasi totale d'une matière précuite, la vitesse de cuisson est nettement supérieure à la vitesse de cuisson des produits céramiques classiques. L'on décrira maintenant un exemple complet de mise en oeuvre du procédé Le schiste houiller, sélectionné de façon à présenter une dimension de grains de l'ordre de 0 à 80 mm. passe dans un four rotatif sécheur dans lequel il est amené à une température de 80 à 950C pour en éliminer l'humidité : de ce four, dans lequel il reste pendant une à deux heures, le schiste passe dans un second four dans lequel il est amené à une température de 573"C pour atteindre en 2 heures une température de 9000C.Cette opération a pour but de transformer : 10 le quartz a en quartz P 20 le quartz P en tridymite A la sortie du second four où les divers effets quartz particulièrement dangereux en cuisson céramique, ont été provoqués, le schiste ayant déjà subi une première transformation est brutalement refroidi à 2000C, à l'air libre ou par projection d'un brouillard d'eau. Cela provoque un étonnage qui dissocie la matière et qui détruit les effets quartz, crystoballite, tridymite. L'étonnage, qui dure généralement de quelques minutes à deux heures, est suivi d'un réenfournement du schiste dans un troisième four, dans lequel le schiste est cuit à une température de l'ordre de 1000 à 12000C; au cours de cette cuisson, le schiste se transforme en chamotte vitrifiée. Pour compléter la destruction totale des effets quartz, un nouveau refroidissement brusque dans les mêmes conditions que citées ci-avant, est provoqué de 12000C à 200 OC environ.Si nécessaire, la matière obtenue est stockée à l'abri de l'humidité Pour la préparation de l'agrégat de flaconnage, l!on prend 98% en poids de chamotte vitrifiée, broyée jusqu'à présenter une granulométrie de 0 à 2 mm et 2% d'additifs choisis parmi les matières et agents précités en fonction du type de schiste et du type de produit à réaliser. L'on gâche l'agrégat avec de liteau chaude à environ 90 C à laquelle ont été ajoutés des sels alcalins et l'on met en forme la masse pâteuse sous une pression 50 à 250 Kg/cm. Les dalles façonnées sèchent quasi instantanémcIlt- en raison de l'effet pouzzolanique" du schiste vitrifié et elles sont donc enfournées immédiatement sans séchage, pour cuisson à une température de 1100 à 11800C pendant quelques dizaines de minutes. Des essais, effectués selon la rubrique 02.44 du Cahier des charges TP 104 de 1963 du Ministère des Travaux Publics dé Belgique, sur des dalles obtenues comme décrit ci-avant, de dimensions 500 mm x 500 mm x 18 mm, ont donné les résultats suivants 1Q Résistance à l'usure Usure en mm après un parcours de 3000 m : 2,8 mm; Cette valeur est inférieure au maximum de 11 mm prévu en 02.44 du T.P. 104. 20 Résitance aux acides pertes de poids en acide chlorhydrique : 0,39% acide sulfurique : 0,23% acide nitrique : 0,17% Ces valeurs sont inférieures au maximum de 2,5% prévu en 02.44 du T.P. 104. 30 Résistance aux chocs Après une hauteur de chute de 2,70m, ltéchantillon n'est pas bri sé, ce qui est conforme aux prescriptions de 02.44 du T.P. 104 40 Gélivité aorès imbibition d'eau sous vide de 70-72 cm de mercure Après les 15 cycles de gel et dégel successifs, on ne constate aucune trace d'altération sur l'échantillon. 50 Essai d'Harcort Après l'essai à 1600C on ne constate aucune trace d'altération sur l'échantillon. Ce dernier essai a été effectué sur une dalle obtenue comme ci-avant, mais qui avait subi un émailiage avant la cuisson, Suivant une forme de réalisation modifiée de l'invention, l'on substitue à une partie- de la chamotte vitrifiée entrant dans la composition précitée, des déchets céramiques préalablement cuits, par exemple des déchets de fabrication d'articles classiques.en céramique. Il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des variantes peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS. 1. Procédé de valorisation de schiste houiller pour la fabrication d'éléments céramiques de constructions, selon lequel le schiste est transformé par cuisson, en chamotte, caractérisé en ce que la transformation du schiste en chamotte, comprend successivement une phase de précuisson au cours de laquelle le schiste est amené à une température de l'ordre de 800 à 1000 C, un refroidissement brusque au cours duquel le schiste précuit subit un étonnage ainsi qu'unie phase de cuisson à une température supérieure à 10000C, suivi d'un nouvel étonnage, la chamotte ainsi obtenue constituant, après broyage, un composant entrant à raison d'au moins 90% en poids, dans la composition d'un agrégat que 1 lson façonne, avec addition d'eau, en éléments de construction que l'on cuit à une température égale ou inférieure à celle de la cuisson du schiste. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la témpérature de précuisson est atteinte avec un palier à environ 90"C pour le séchage du schiste. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température de précuisson est atteinte avec un second palier, à environ 5000C, pour atteindre en 2 heures environ 9000C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que l'eau de façonnage est chaude et présente une température inférieure à 1000C. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le schiste destiné à la transformation, présente une dimension de grains de l'ordre de 0 à 80 mm. 6. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le refroidissement brusque du schiste précuit entraîne une chute de la température du schiste à 200 C. 7. Procédé selon llune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le schiste cuit broyé présente une dimension de grains de l'ordre de 0 à 2 mm. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on ajoute à la composition à gâcher au moins un catalyseur du groupe comprenant le nitrate d'ammonium, des sels alcalins, du monophosphate d'aluine, le phosphate de gallium et les sels de calcium, 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que 1 lton ajoute à la composition une matière tampon constituée par des phosphates polymères de sodium, de potassium ou de silicium, éventuelement en combinaison avec l'acide phosphorique. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'une partie du schiste cuit de la composition à gâcher est remplacée par des déchets céramiques cuits. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'article façonné est émaillé, avant cuisson. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on ajoute à la composition un liant argileux constitué par de l'argile silico-alumineuse du type kaoli no-halloysitique 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12,caractérisé en ce que l'on ajoute à l'agrégat un additif du groupe comprenant la bentonite, les silicates complexes de sels de Mg, K20 et Na20. 14. Procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que lton ajoute à la composition au moins un fondant céramique du groupe comprenant les sels alcalins, alcalinoterreux, l'argile fusible, le feldspath, le verre, des oxydes métalliques. 15. Procédé de fabrication d'éléments de construction tel que décrit ci-avant. 16. Eléments de construction céramique obtenus selon le procédé tel que décrit ci-avant, et de dimension inconnues en fabrications courantes.