Brevet FR2080675A1 — publié le 19711119

-1- 2080675 L'invention a pour objet un procédé pour la fabrication de boulettes au moyen d'une matière première poudreuse ainsi qu'un dispositif pour la réalisation pratique de ce procédé. Il y a lieu,suivant 1'invention,de fabriquer en particulier 5 des petites boulettes au moyen de substances poudreuses d'un diamètre de l'ordre de 100 (im à 3000 et les boulettes ainsi fabriquées devant être enrobées dans d'autres substances poudreuses. Les petites boulettes de ce genre servent par exemple d'élé~ ments combustibles dans les réacteurs nucléaires comme catalyseurs ou 10 support de catalyseurs ainsi que d'éléments d'une porosité définie (lits fluidisés, filtres). La fabrication de petites boulettes à partir âi poudres s'effectuait jusqu'ici par granulation dans des tambours rotatifs Horizontaux, dans des plateaux de granulation obliques(à l'instar de la pelle-15 tisation humide dans l'industrie de traitement des binerais) ainsi que par agglutination sur des plateaux vibrants ou animés d'un mouvement giratoire disposés sur des appareils tels que ceux utilisés pour le polissage par vibration ou pour le criblage par rotation. Dans ces procédés, comme dans celui de l'invention, des parti-20 cules sphériques peuvent être obtenues soit par agglutination amorcée, soit par l'adjonction de noyaux à un constituant fin, soit par arrondissement de noyaux sans constituant fin supplémentaire. Dans le cas de la granulation au tambour ou au plateau souvent un liquide, de l'eau par exemple, est projeté sur la matière première poudreuse, tandis que dans 25 les autres procédés cités, un liant et des noyaux devaient être ajoutés. Les petites boulettes obtenues par le procédé d'agglutination connu ont l'inconvénient d'une part de présenter une faible résistance à l'état cru, brute ou non fritté et d'autre part d'affecter des dimensions et des formes trop irrégulières pour être utilisables dans de nombreux 30 cas d'applications. L'invention vise un procédé de fabrication 4 partir d'une matière première poudreuse de boulettes particulièrement uniformes. Selon l'invention, ce résultat est obtenu en remuant la matière première dans un cylindre incliné sous un certain angle par rapport à l'axe de rotation 25 sensiblement horizontal prévu pour celui—ci. Par suite du mouvement de nutation provoqué dans ces conditions par la rotation de ce récipient cylindrique le lit de poudre effectue des mouvements dans tous les sens, des particules roulant en plus en rafale dans le plateau de granulation tout en exécutant un mouvement de va-et-vient dans le sens del'axe de ro-40 tation. De cette manière toute la matière poudreuse se trouve intimement BAD ORIGINAL 71 06577 -2- 2080675 malaxé® d© sorte que 18introduction d'éléments aélangeiir-s ©ujplémeîîtai-res est superflueo Las boulettes croissent très uniformément et s'arron-dissent remarquablement bien. Les fluctuations dans les diamètres des boulettes ainsi réalisées sont extrêmement faibles et lors de la fabri-5 cation d© boulettes enrobées où des boulettes préformées sont ajoutées à la matière première poudreuse, un revêtement uniforme est obtenuo Un autre avantage du procédé réside dans le fait que, par suite du mouvement de nutation, une pression hydrostatique plus élevé» s Rétablit dans le lit de boulettes, (lit pulvérulent) avec pour conséquence 10 une meilleure - agglutination des petites boulettes et partant uns solidité plus élevée de celles-ci. La solidité atteinte est en plus très uniforme puisque les -boulettes présentant» use résistance moindre lorsqu'elles sont formées autour d-9un noyau allongé se brisent sous l'effet de la pression quasi hydrostatique et de la fréquence des en 'à re ehoquement s, 15 le© débris ss détachant étant en plus réintégrés à la matière première poudreuse.. Les différencies de densité à l'intérieur des petites "boulettes obtenues suivant le procédé faisant 15objet de l'invention sont relativement faibles» Il peut toutefois arriver que leurs zones centrales ae-20 cueent un* poids spécifique moins élevé. Ceci peut être évité'avantageusement en ajoutant cl, \ùj BlciTïXô rs première poudreuse des noyaus précoapri-més isostatiqu©'m©nè|i'un disaètre selon des normes arrêtées, la cette fa-çon on peut obtenir en pratique des petites boulettes complètement homogènes lorsqufon prévoit pour- les aeysux ajoutés à la matière poudreuse un 25 poids spécifique égal à celui des zones extérieures des boulettes. Un autre avantage attribuable à l'effet favorable du.mouvement dans tous les sens des petites boulettes qui sont soumises à une pression de tous les cotés consiste dans 1s possibilité de réduire à «a âiasètra prédéterminé une fraction de particules préformée sans addition d'cracun 30 constituant fin, l'écart par rapport à ce diamètre étant extrêmement faible et de l'ordre de 1,4 cp par exemple » Dans le cas d© poudres céramiques possédant «se certaine humidité inhérente, le procédé suivant 1*invention offre en particulier l'avantage qu'une agglutination est possible sans avoir recours à 15sd— 35 dition d'un liante L'administration continue d'un constituant fin permet de restreindre davantage les diamètres des boulettes.et d'en augmenter la solidité. Pour expliquer les possibilités variées d'application du pro— 40 cédé il est donné ci—après plusieurs exemples d'exécution pratiques non limitatifs» BAD ORIGINAL 71 06577 -3- 2080675 Exemple 1 : Dans un récipient cylindrique en chlorure de polyvinyl (désigné par l'abréviation "PVC'^d'une contenance de 500 cm^, 100 g de poudre d'alumine Al^O^ avec une teneur en humidité de 2,5 f> en poids, ont été 5 soumis à un mouvement de nutation de la façon sus-décrite. La poudre dont les particules avaient un diamètre moyen de 2,5 contenait des agglomérats irréguliers préformés naturellement jusqu'à un diamètre de 200 ym. Aucun liant n'a été ajouté. Après six heures, à une vitesse de rotation de 80 t/min, il s'est formé des petites houlettes de très bonne 10 allure et dont 55 "h accusaient un diamètre de l'ordre de 500 à 800 ym. Le constituant fin atteignait 7 Une distribution similaire des diamètres des boulettes a été obtenue dans un récipient "PVC" d'une contenance de 2000 cm^ avec 400 g de poudre d'alumine Al^O^ en quatre heu -res à une vitesse de 80 t/min. La densité des petites boulettes ayant 15 un diamètre supérieur à 500 ym était de 2,3 g/cm^. Leur résistance à la compression était d'environ 10 g/mm^. Toutes les autres conditions restant les mimes, l'addition de 1 cp en poids de "polyglycol-550" a réduit la durée de formation des boulettes de moitié tout en augmentant la densité et la résistance de celles-ci. 20 Exemple 2 : De la poudre d'alumine AlgO^ a été mélangée à l'état humide pendant 24 heures dans un broyeur vibrant à boulets avec 3 'j0 en poids de "polyglycol-SSO" . La masse pâteuse a été ensuite séchée pendant 10 heures à 150°C et broyée au mortier. Après un compactage isostatique des 25 granulats ainsi obtenus sous une pression de 6000 kg/cm il est préparé des nouveaux noyaux par un nouveau broyage au mortier; 100 g des fractions obtenues, comprises entre 200 et 315 y111 avec 100 g de constituant fin ( 35 Exemple 3 t 100 g de fractions d'alumine A3^0^ comprises entre 200 et 315 "m d'agglomérats de forme irrégulière préformés naturellement dont les particules avaient un diamètre moyen de 1 ym et une teneur en humidité de 2 en poids ont, comme décrit précédemment, été soumis à un mouvement de nu— 40 tation à une vitesse de 90 t/min dans un récipient sn "PVC" d'une conteBAD ORIGINAL 71 06577 -4- 2080675 nance de 2000 crn^. Après 50 heures, le récipient contenait 96 $ en poids d'une seule fraction de "boulettes et 4 en poids de constituant fin. les petites "boulettes avaient un diamètre moyen de 277,16 pm'(valeur moyenne calculée sur 64 "boulettes) pour une dispersion de 1,39 >»• L'écart 5 maximum d'un diamètre de "boulettes par rapport à la valeur moyenne était de 3,6 %. L'obtention d'une seule dimension de "boulette doit être attribuée au fait que les agglomérats les plus gros s'étaient usés et que les agglomérats de moindre taille avaient absorbé les déchets résultant de cette usure. 10 Exemple 4 '• De la poudre d'uranyle UO^ d'un diamètre moyen de particules de 3)6 p a été broyée pendant 30 minutes dans up "broyeur à boulets à mouvement épicycloïdal. De la masse séchée et broyée au mortier il a été prélevé 200 g d'une fraction de 315 soumise ensuite à un mouvement de nu-15 tation à une vitesse de 80 t/min dans un récipient en "HC" d'une contenance de 500 cm^. Après 6 heures, 70 fo en poids de petites boulettes formées avaient un diamètre de l,ordre de 500 à 800 ym et le reste avait un diamètre inférieur à 500 pi. Exemple 5 '• 20 ' 60 g des petites boulettes non frittées ayant un diamètre de l'ordre de 5°0 à 800 ym de l'exemple 4 avec 40 g d' ALgO^ contenant des agglomérats inférieurs.à 63 um et une teneur en humidité de 2 $ en poids, ont été soumis à un mouvement de nutation à une vitesse de 80 t/min dans un récipient en "PVC" d'une contenance de 500 cm\ Au bout de 2 heures 25 les boulettes d'uranyle (UO^) étaient enrobées d'une couche d'AlgO^ d'une épaisseur de 100 ym environ. Les- particules ainsi enrobées ont été ensuite frittées pendant une heure à 1600°C dans une atmosphère d'hydrogène sous. " une pression de 200 torr (760 torr = 1 at). En raison de la plus grande densité de tassement de la couche d'Ai^O^ on a obtenu après frittage des 30 boulettes creuses d'ALgO^ dans chacune desquelles se trouvait une boulette d'IÎOg susceptible de se déplacer librement. Exemple 6 : Des, petites boulettes d'TJOg de l'exemple 4 ont été frittées pendant une heure à î600°C dans une atmosphère d'hydrogène sous une pres-35 sion de 200 torr. Elles ont ensuite été enrobées d'Ai^O^ comme dans l'exemple 5. Après un nouveau frittage dans les mimes conditions on a abte-nu autour des boulettes d'UO^ une enveloppe d'AlgO^adhérant fortement à celles-ci. Exemple 7 t 4Q 4 kg de poudre d'alumine (99>8 °/o Al.^0^) d'un diamètre de parti- 71 06577 -5- 2080675 ouïes moyen de 2, y um environ, l'une surface active Is l'or-ire de 5,5 2 m /g et d* une teneur en humidité de 0, 5 ont été souiftis un mouvement de nutation de la manière décrite dans '-an récipient er "ï7C" d'une contenance de 20 litres. La vitesse du récipient était de 42 t/min. Après 5 cinq heures il s'était formé des boulettes presque parfaites d'un diamètre de 1,5 à 2 suc. La proportion de boulettes d'un diamètre inférieur à 1,5 mm était de 5 /»• Exemple 8 : Des petites boulettes de support formées i.9 substances se vapc-10 risant facilement, de préférence organiques ^elle que 1 'uré»- par exemple, sont mues dans une poudre céramique jusqu'à ce ou 'elles scient, enrobées d'une couche de celle—ci, ces boulettes enrobées étar+. ?ns\îite soumises s un traitement de température moyenne en vue d'évaporer ïe« boulettes de support puis sont frittées à des températures plus -j levées appropriées, 15 L'emploi du "polyglycol-550" s'est révélé *vs?,ntagftux comme liant. Un dispositif propice permettant de réaliser prabiqvtement le procédé suivant l'invention consiste en un récipient cylindrique dont l'axe de rotation est sensiblement horizontal et coïncide de préférence avec 20 une diagonale d'un des plans diamétraux du cylindre, on inclinant l'axe du cylindre sur l'axe de rotation horizontal sous ur de 0 à 90°. mais de préférence de 10 à 50°? on obtient la pression quasi hydrostatique nécessaire pour le compactage des petites boulettes, "n rapport égal \ 2 entre la longueur et le diamètre du cylindre s'est révélé comme étant li-25 plus favorable pour l'agglutination. Du fait qu'une charge électrostatique de la matière première poudreuse favorise 1'agglutination, la paroi intérieure du récipient est avantageusement prévue en un matériau de même propriété c'est-à-dire favorisant la charge électrostatique de cette laatière première en poudre. 30 Le dessin annexé représente sc^ématiqueuent une forme d'exécu tion avantageuse du dispositif ùe 1'invention* Le récipient cylindrique 2 peut tourner autour l'un axe de rotation sensiblement horizontal qui coïncide avec une des diagonales du plan diamétral du cylindre. L'angle fi que forme cet axe de rotation ho-35 rizontal avec l'axe 6 du cylindre doit être compris entre 20 et 50°. L'étendue axiale a du récipient cylindrique est à peu près le double de son diamètre b. La paroi intérieure du récipient 2 est avantageusement revêtue d'un matériau qui favorise la charge électrostatique de la matière première 40 en poudre et de ce fait, sa tendance à l'agglutination. La constitution de BAD ORIGINAL 71 06577 -6- 2080675 la paroi intérieure du récipient ou de 1'anseffible de celui—ci en uns matière synthétique ayant une constante diélectrique élevas s'est révélée particulièrement favorable. BAD ORIGINAL 71 06577 -7- 2030675 RETEIO)! CATIONS 1) Prooédé de fabrication de petites boulettes au moyen d'une matière première poudreuse, caractérisé eu oe que la matière première est assujettie à un mouvement dans un récipient cylindrique dont l'axe de symétrie forme avec l'axe de rotation horizontal un angle, 2) Prooédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'à la matière première poudreuse est ajoutée une quantité déterminée de noyaux d'un diamètre défini pour obtenir une dimension de boulettes normalisées, 3) Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à la matière première sont ajoutés des noyaux comprimés isostatiquement d'un diamètre classifié pour obtenir une densité uniforme, 4) Procédé suivant les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il est ajouté comme liant à la matière première poudreuse du "polyéthylè-neglycol-550H de préférence à raison de 1 à 3 $ en poids, 5)-Procédé suivant l'ensemble des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour la fabrication de boulettes creuses des petites boulettes de support formées de substances se vaporisant facilement, de préférence organiques, sont mues dans une poudre céramique jusqu'à ce qu'elles soient enrobées d'une couche de celle-ci, ces boulettes enrobées étant ensuite soumises à un traitement à des températures moyennes en vue d'évaporer les boulettes de support, puis sont frittées à des températures plus élevées appropriées. 6) Procédé suivant l'ensemble des revendications 1 à 5j caractérisé en ce qu'en vue de la fabrication des boulettes creuses d'alumine (AlgO^) dans lesquelles des boulettes d'uronyle (UO^) peuvent se déplacer librement, les boulettes d'Ilot non frittées sont animées d'un mouvement de nutation dans une matière constituée d'Al^O^ jusqu'à ce que les boulettes d'JOg soient enrobées d'une couche d'Al^O^ pour ensuite être frittées, 7) Procédé suivant les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que pour former une oouche d'AlgO^ autour des boulettes d'UOg auxquelles elle doit adhérer solidement, les boulettes d'U02 frittées sont exposées à des mouvements de nutation dans une matière première constituée d'Al^O^ jusqu'à ce qu'elles soient entourées d'une couche, ces boulettes enrobées étant ensuite frittées, 8) Dispositif pour la mise en pratique du procédé suivant l'ensemble des re vendications précédentes, caractérisé par un récipient cylindrique dont l'axe de symétrie est incliné par rapport à son axe de rotation sensible ment horizontal, BAD ORIGINAL 71 06577 -8- 2030675 9) Dispositif attirant la revendication 6, caractérisé en ce que l'axe de rotation du cylindre passe par le centre du récipient et en particulier coïncide avec une des diagonales du plan diamétral, 10) Dispositif suivant les revendications 8 et 9> caractérisé en ce que l'étendue axiale du récipient cylindrique est à peu près égale au double de son diamètre, 11) Dispositif suivant les revendications 8, 9 et 10, caractérisé en oe que la paroi intérieure du récipient est constituée en un matériau favorisant la charge électrostatique de la matière première poudreuse. BAD ORIGINAL