Brevet FR2021137A1 — publié le 19700717

La présente invention concerne la fabrication du verre et plus particulièrement des améliorations apportées a la préparation, au mélange et à la manipulation d'éléments constitutifs de la charge du verre, pour alimenter des fours de fusion du erre. Dans le brevet des vtats-unis d';mt"rIque 0 3.065.0C'O on a décrit l'addition des besoins en substance alcaline d'une charge de verre, sous la forme d'une solution aqueuse de carbonate de sodium. Suivant ce brevet, il se forme des mélanges humides de substance alcaline et de sable qui sont moins susceptibles de former des poussières que les particules isolées de sable ou de substance alcaline. La charge résultante est constitue cependant par une masse numide de matières. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3.149.983 on a indiqué que la soude caustique peut être utilisée en combinaison avec du carbonate de sodium et du sable, dans la fabrication du silicate de sodium. Il est dit en outre dans ce brevet que la soude caustique peut etre ajoutée à l'état sec, ou à l'état de solution. On indique dans ce brevet que le mélange des divers éléments constitutifs est réalisé dans un mélangeur courant. Conformément à ce dernier brevet, une partie importante de l'opération réside dans le fait qu'on maintient un volume de liquide libre de 5 à 30 litres par tonne de charge. Le but de l'addition de la soude caustique et de l'eau et d'entretenir le volume de liquide libre est d'empêcher la formation d'hydrates du carbonate de sodium, oui provoquent une dessication du mélange. Malheureusement, certains inconvénients sont inhérents aux procédés et aux techniques connus dans la pratique antérieure. Ces inconvénients comprennent le fait que la charge de verre a une tendance à s'agglomérer et à durcir et il est difficile de la transporter ou de la décharger des courroies transporteuses, car elle colle à la surface de ces dispositifs transporteurs. La présente invention a principalement pour but de remédier aux inconvénients inhérents exposés ci-dessusO Un but de la présente invention est de préparer des particules agglomérées, s'écoulant librement, de matières pour les charges de verre. Un autre but de la présente invention est de préparer des particules agglomérées-homogènes d'éléments constitutifs pour la fabrication du verre. Un autre but de la présente invention est d'utiliser un pour centage important de soude causticue en remplacement du carbonate de sodium (Na2CO5) , pour fournir è le charge de verre, le iNa2O nécessaire. Un autre but de la précente irvention est de préparer des agglomérés séparés, relativement secs et s'écoulant librement, d'éléments ccnstitutifs de la charge de verre, propres a être stockés ou a être immédiatement introduits dans un four de fusion du verre. On atteint ces buts ainsi cue d'autres encore de la manière su vante, conformément à la présente invention. En général, en fonctionnement continu, on charge des matières premières de la fabrication du verre, telles que du sable, de la pierre à chaux, du fel@spath, du carbonate ce sodium et des éléments constitutifs mineurs sous forme particulaire, en un lit de matières qui s'ag- glomèrent dans une zone d'agglomération appropriée.Une zone d'ag glomération préférée est constituée par une zone cylindrique allongée limitée, que l'on peut faire tqurner autour de son axe longitudinal et qui est garnie de distositifs appropriés pour entretenir un rideau tombant d'éléments constitutifs de la charge de verre, communiquant entre une partie supérieure de la zone limitée et un lit de matières maintenu dans la partie du fond de celle-ci. De la soude caustique liquide, telle qu'elle sera définie ci-après, est divisée en une pulvérisation de gouttelettes séparées de soude caustique, par passage par un ou plusieurs ajutages de pulvérisation appropriés. Les gouttelettes de soude caustique liquide sont amenées au contact des éléments constitutifs particulaires de la charge de verre du rideau tombant, de préférence de poids spécifique constant, en humidifiant ainsi les particules pour former des agglomérés, de préférence sans pulvériser de la soude caustique liquide sur une partie quelconque de l'appareil utilisé, en formant ainsi un mélange pour la fabrication du verre, de teneur en Na2O désirée.Les particules humidifiées tombent en cascade dans le lit e matière entretenu dans le fond de la zone d'agglomération, où elles sont soumises à un cisaillement qui brise les quelques agglomérats de trop grosses dimensions qui se forment accidentellement, en particules agglomérées homogènes et s'écoulant librement, désirées, d'éléments constitutifs de la charge de verre. L'action de rotation et de culbutage du lit forme des particules agglomérées d'éléments constitutifs de la di mension désirée, de la charge de verre et de soude caustique. On peut faire varier les dimensions des particules en agissant sur la vitesse de rotation du tambour, la durée de la rotation et la concentration et la quantité de soude caustique utilisée. I1 est préférable, dans la conduite de la zone d'agglomération, que le débit d'introduction de la soude caustique liquide soit réglé pour empêcher toute accumulation de liquide libre dans le lit. Ceci est important dans le but d'assurer la formation d'agglomérés particulaires séparés, à la différence des masses humides de matières formées dans le passé. La pression atmosphérique et la température ambiante donnent des résultats satisfaisants pour le fonctionnement de la zone d'ag glomération. rayant ainsi décrit l'invention en termes généraux, on se reporte maintenant au dessin sur lequel est représenté un appareil préféré pour l'application du procédé de la présente invention. En se reportant à la figure 1, l'appareil comprend d'une ma nière générale un cadre 10 portant une table d'angle réglable 12, un générateur 14 agissant dans les deux sens, pour placer sélectivement la table 12 à n 'importe quel angle que l'on désire par rapport à l'horizontale, un tambour cylindrique 16, des dispositifs 18 et 20 pour soutenir en tournant le tambour sur la table 12, et un dispositif d'entrainement 22,24 et 26 à vitesse variable, pour faire tourner le tambour. Le tambour 16 est constitué de : une enveloppe ou paroi cylindrique externe 28; une plaque annulaire 32 d'extrémité, dégageant une ouverture 34 d'alimentation, par laquelle les éléments constitutifs particulaires sont chargés; une plaque annulaire d'extrémité 38, dégageant une ouverture 40 d'évacuation, par laquelle les éléments constitutifs agglomérés 4+ de la charge de verre et la soude caustique sont évacués par la trémie 42; une ailette transporteuse en spirale 52, pour faire déplacer les éléments constitutifs particulaires et/ou les particules partiellement agglomérées 36 par le tambour vers l'ouverture 34 d'alimentation; et une ailette transporteuse en spirale 46, pour déplacer les éléments constitutifs particulaires 36 et/ou les particules agglomérées44 vers l'ouverture d'évacuation 40 ; un conduit dta- limentation 56 muni de plusieurs ajutages de pulvérisation 58 espacés (figure 2); et un faisceau dindrie de tiges cylindriques 60 espacées parallèlement, qui engendrent le rideau tombant et sont portées entre les spirales transporteuses 46 et 52 et placées entre les plaques terninales 32 et 58 du tambour. On se rendra compte que, à l'exception du conduit d'alImen- tation 56, tous les composants décrits ci-dessus du tambour 16 tournent ensemble sous la forme d'une unité structurale complète. Un autre appareil utile dans la mise en pratique de cette invention est décrit dans la demande en nstance N 652.922 déposée le 12 Juillet 1967 au nom de la Demanderesse qui est citée ici à titre de référence. Les éléments constitutifs de la fabrication du verre sont bien connus de l'homme de l'art et ils se trouvent décrits dans des publications comme : "Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology", 2e edition, Vol. 10, pages 538 à 552, 1966, John Wiley & Sons, editeurs, New York, citée ici à titre de référence. Les éléments constitutifs de la fabrication du verre comprennent d'une manière générale un sable à verre approprié pour apporter le SiO2 ; de la pierre à chaux ou de la chaux vive pour fournir le CaO ; du feldspath qui donne A1203 , SiO2, Na20 et K20 et d'autres éléments constitutifs pour K2O, MgO, ZnO, BaO, PbO, etc, et ceux pour colorer, décolorer ou oxyder et mélangés si on le désire avec le carbonate de sodium qui donne le Na2O.Comme on l'a indiqué ci-dessus, la soude caustique est utilisée pour fournir le Na2O nécessaire pour le verre à fabriquer. La soude caustique peut être un substitut complet ou partiel du carbonate de sodium. Les ingrédients de la cnarge de verre renferment des fondants, des stabilisants et des agents de formation du verre appropriés, dans les proportions convenables. Les dimensions des matières particulaires sèches introduites dans la zone d'agglomération sont habituellement comprises entre 0,84 et 0,074 mm environ; il va de soi toutefois que cette invention ne s'en trouve pas limitée pour autant. Le produit de la zone d'agglomération est constitué par des agglomérats séparés, homogènes et s'écoulant librement, de matières de la charge de verre, appropriés pour être chargés dans un four de fusion du verre. Les dimensions des agglomérats sont en général comprises entre 4,8 et 0,42 mm, bien que l'on préfère que ces dimensions soient comprises entre 2,4 et 1,2 mm environ. La soude caustique "liquide" est (1) une solution de soude caustique (NaOH) dans un solvant approprié, de préférence dans de l'eau, solution maintenue à l'état liquide à la température am- biante, par exemple en chauffant si c'est nécessaire, ou bien (2) de la soude caustique à 100% maintenue à l'état liquide en la chauffant au dessus de son point de fusion. La soude caustique doit être de préférence une solution aqueuse à 50',0 ou plus, ou de la soude caustique à 100%, et de préférence encore, la soude caustique doit être une solution aqueuse à 73% plus ou bien de la soude caustique à 100/o. De préférence encore elle doit être une solution aqueuse à 739io environ. De préférence, la soude caustique est utilisée à une concentration telle qu'elle soit solide à la température ambiante à laquelle les éléments constitutifs de la charge de verre sont agglomérés . De préférence encore, la soude caustique est utilisée à une concentration telle qu'elle soit solide à la température ambiante à laquelle les éléments constitutifs de la charge de verre sont agglomérés et de plus à la température de l'air du local dans lequel les éléments constitutifs agglomérés sont stockés et transportés avant d'être introduits dans un four de verrerie. On peut ainsi, dans la pratique de la présente invention,o- pérer avec n 'importe quelle concentration de la soude caustique, dont des concentrations d'approvisionnement facile comme de la NaOH, en solution aqueuse à 50 et à 73%. Cette concentration peut être facilement déterminée en connaSssant la température précitée de l'air et en se reportant à un graphique des points de congélation de la solution de soude caustique portés en fonction du pourcentage de liaOR dans la solution et de la température. Par exemple, à la température de 15,6 O , des solutions de NaOH dans de l'eau à plus de 54% sont des solides . I1 y a avantage du point de vue économique, dans certaines zones, à fournir les besoins en Na2O de la charge de verre en utilisant autant que possible de la soude caustique à la place du carbonate de sodium.En utilisant par exemple de la soude caustique à 73%, il est possible, conformément au procédé de la présente invention, de procurer avec de la soude caustique la totalité des besoins en Na20 de la charge de verre. En général, le procédé de la présente invention permet d'appliquer un pourcentage plus élevé des besoins en Na20 en faisant appel à ae la soude caustique d'une concentration donnée quelconque, en comparaison avec l'un quelconque des procédés connus. Si la solution aqueuse de soude caustique se trouve à l'états solide a la température ambiante, il est nécessaire de la liqué fier avant de la pulvériser ainsi qu'on l'a décrit plus haut.Ce- ci est également vrai de la soude caustique à lO%%, cependant on doit dans ce cas la faire passer à l'éta- fondu. Les exemples d'application suivants se rapportent à la pré- paration d'agglomérés de matières pour les charges ae verre, en utilisant la zone d'agglomération dcrite en référence aux dessins. Dans les exemples suivants, on pulvérise de la soude caustique a 73% sur le rideau tombant, par soit deux soit quatre, ajutages de pulvérisation 58 Les ajutages de pulvérisation don nent une pulvérisation plane en forme d'éventail et ils fonctionnent sous une pression de sortie d'approximativement 3,5 kg/cm2. La pression peut être maintenue soit en introduisant de l'air sous haute pression dans les réservoirs d'alimentation en soude caustique, soit a l'aide d'une pompe. La température de la soude caustique est maintenue à 99 C environ avant de sortir par 58. Sauf indications contraires, les quantités de matières sont exprimées en kilogrammes. EXEMPLE 1 On utilise la charge suivante comme référence Sable 26,7 Carbonate de sodium 10 Pierre à chaux 5,7 Feldspath 3,4 On procède par charge séparée à une agglomération représentative type dans l'agglomérateur, similaire à celui qui est re présenté sur les dessins et décrit dans ce qui précède, en utilisant la charge suivante Substitution de 50% (50% du Na2O carbonate de sodium sont remplacés par de la soude caustique) Sable 26,7 Carbonate de sodium 5 Chaux de calcite 5,7 Feldspath 3,4 NaOH à 73% 5,2 On ajoute d'abord les éléments constitutifs secs qui ont été au préalable mélangés. On pulvérise ensuite la soude caustique sur un rideau tombant ciels éléments constitutifs secs, avec les ajutages de Pulvérisation 58, sous une pression de 3,5 kg/cm2 environ et à la température de 99 C, pendant 3 minutes environ. Le mélange n'est pas trop humide ni collant et le mélange de pro duits ne se colle pas aux parois ou aux barreaux de l'intérieur de l'agglomérateur. On peut laisser le produit aggloméré se refroidir dans un refroidisseur rotatif séparé, ou bien on peut le faire culbuter dans l'agglomérateur pendant approximativement 5 minutes, puis le déverser dans un fut cylindrique ou il continue à couler librement. Le feldspath utilisé dans tous les essais est classé sous le nom de feldspath pulvérisé (96C/o passant au tamis à mailles de 0,074 mm de diamètre). Même en utilisant ce produit très poussiéreux, toute formation de poussières dans l'agglomérateur cesse dès qu'environ le tiers de la soude caustique a été pulvérisé sur le lit. BEhE 2 Substitution de 100/o ( 10/o du Na2O du carbonate de sodium sont remplacés par de la soude caustique). Sable 26,7 Carbonate de sodium O Pierre à chaux 5,7 Feldspath 3,4 NaOH à 73% 10,5 On prépare des agglomérés de la manière décrite dans l'exemple 1. Les derniers 2,26 kg de NaOH semblent faire naître une charge d'aspect très humide et provoquer un peu d'accrochage et d'entraSnement dans l'agglomérateur, cependant on ajoute la totalité des 10,5 kg de soude caustique. Une fois l'alimentation arrêtée, on met l'agglomérateur en marche et au bout d'approximativement 4 minutes la charge coule librement et elle semble être absolument sèche. Les agglomérés du mélange avec de la soude caustique à 100% sont légèrement plus gros que ceux du mélange à 50%. Ces dimensions ne feraient que peu ou pas de différence pour un fabricant de verre utilisant le produit aggloméré. EXEMPLE III Substitution de 5/0 (50% du Na20 du carbonate de sodium sont remplacés par de la soude caustique)0 Sable Carbonate de sodium 5 Pierre à chaux (Dolomite Drute) 4,5 Feldspath 4,1 NaQil à 73% 5,2 Cet essai est identique à l'essai No 1, à l'exception du remplacement de la pierre a chaux de la dolomite par de la pierre a chaux de la calcIte. I1 nry a aucune différence perceptible et les résultats de l'exemple II sont identiques à ceux de l'exemple 1. On effectue également quelques autres agglomérations, conformément au mode opératoire de l'exemple 1 et on y dose le Na2O. Les charges et les résultats des essais sont consignés dans le Tableau T (exemples numéros 4 à 10). EXEMPLE XI Dans des formules similaires à celles e=osées plus haut, on utilise NaOH à 5X0 à la place de NaOH à 73% et en opérant comme il est décrit plus haut, on obtient de bons agglomérés. On envisage de même de pulvériser la soude caustique liquide dans le rideau de carbonate de sodium particulaire, pour fabriquer un type nouveau d'aggloméré de carbonate de sodium et de soude caustique. On envisage également de pulvériser d'une manière similaire de la soude caustique liquide sur un rideau tombant de composés particulaires tels que des phosphates, des silicates ou de mélanges de deux ou de plus de deux de ces composés, pour former des agglomérés de ces composés et de la soude caustique.Auparavant ces composés chimiques étaient normalement mélangés sous forme de charge séparée en utilisant de la soude caustique seche, TABLEAU I EXEMPLE N 4 5 6 7 8 9 10 Sable 22,6 22,6 22,6 22,6 22,6 22,6 22,6 Carbonate de sodium 9,7 6,5 3,2 - 12,3 9,3 4,9 NaOH à 70% 3,5 7 10,4 14 4,4 10 15,7 Durée du refroidissement (minutes) nulle 5-10 15 25 nulle 15 25 Rapport SiO2/Na2O 3:1 3:1 3:1 3:1 2:1 2:1 2: :1 % de remplacement du carbonate de sodium par de la soude caustique 25 50 75 100 25 50 75 % de Na2O (d'après l'analyse) 23,85 21,34 21,78 20,91 24,41 26,36 31,72 Dans les échantillons Nos 4 à 10, on obtient des mélanges coulant librement et chargeables à sec. REVENDICATIONS 1. Un procédé de fabrication d'agglomérés d'éléments cons- titutifs d'une charge de verre, caractérisé par le fait que : (1) on charge dans une zone d'agglomération des éléments constitutifs particulaires de la charge ae verre; (2) on entretient dans cette zone un rideau torbant de ces éléments constitutifs; (3) on net contact ces éléments constitutif s particulaires, dans ce ri- desu tombant, avec des gouttelettes séparées de soude caustique liquide; (4) on entretient un lit culbutant en cours d'aggloméré ration de soude caustique et de matières de la charge de verre, å la base de ce rideau tombant et (5) on retire de cette zone d'agglomération de la matière agglomérée. 2. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel la soude caustique est une solution aqueuse à 50% environ ou plus ou de la soude caustique à 100%. 3. Le procédé selon la revendication 1, dans 'lequel la soude caustique est une solution aqueuse à 73% environ ou plus, ou de la soude caustique à 100%. 4. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel la soude caustique est une solution aqueuse à 73%! environ. 5. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel la soude caustique est à une concentration telle qu'elle est solide à la température ambiante à laquelle les éléments constitutifs de la charge de verre sont agglomérés. 6. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel la soude caustique est également un solide à la température de l'air du local dans lequel les éléments constitutifs agglomérés sont stockés et transportés avant d'être introduits dans un four à verre. 7. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel l'extraction de la matière agglomérée à partir de la zone d'agglo- mération se fait en discontinu. 8. Un procédé de fabrication d'agglomérés de carbonate de sodium, de phosphates, de silicates,dehulfates ou d Q un mélange de deux ou de plus de deux de ces composés, sous for"e partlculai- re avec de la soude caustique liquide,qui est caractérisé par le fait Qie Q (1) on charge ce composé dans une zone itaggloméLao tion;(2)on maintient dans cette zone un rideau tombant de ce com- posé;Ç3)on met en contact ce composé,dans ce rideau tombant,avec des gouttelettes séparées de soude caustique; ;(4)on maintient la base du rideau tombant un lit culbutant de soude caustique angle mérante et de ce composé; et (5) on extrait de la zone d'agglomé- ration du produit aggloméré,