Brevet FR2126974A1 — publié le 19721013

i 2126974 L'invention concerne un procédé perfectionné pour fabriquer des plaques de plâtre à partir de gypse hémi-hydraté du type alpha, qui est un sous-produit de la fabrication de l'acide phos-phorlque par le procédé par voie humide . Pour la fabrication des plaques de plâtre, on a utilisé Jusqu'à présent comme matière première, outre le gypse naturel, du gypse dihydraté qui est un sous-produit de la fabrication de l'acide phosphorique .Le gypse dihydraté ainsi obtenu est calciné à une température de 120-200°C pour le transformer en un gypse calciné, puis finement broyé jusqu'à une surface spécifique supérieure à 5000 cm2/g ( valeur Braine) ,et mélangé avec des additifs tels que des charges , des agents de gonflement etc.. et avec une quantité d'eau adéquate pour former une bouillie . On enferme la bouillie entre deux feuilles de carton .On laisse le produit obtenu faire prise, puis on le sèche, ce qui donne une plaque de plâtre . Le gypse calciné formé par le procédé ci-dessus est un hémihydrate du type bêta possédant une structure poreuse ; il peut être broyé facilement et présente une grande vitesse de transformation en dihydraté dans la bouillie aqueuse au cours de la fabrication des plaques de plâtre . Dans la fabrication de l'acide phosphorique par le procédé par voie humide tel que le procédé au dihydrate-hémihydrate récemment mis au point, on décompose la roche de phosphate de calcium par un mélange d'acide sulfurique et d'acide phosphorique, on sépare le gypse dihydraté de l'acide phosphorique formé, on ajoute de l'acide sulfurique ou un mélange d'acide sulfurique et d'acide phosphorique au gypse dihydraté séparé, on maintient la bouillie obtenue à une température supérieure au point de transition du dihydraté à 1'hémihydrate en présence de germes cristallins de gypse hémihydraté pour transformer le gypse dihydraté contenu dans cette bouillie en gypse hémihydraté , on sépare le gypse hémihydraté du mélange acide sulfurique -acide phosphorique, et on utilise le mélange pour la décomposition de la roche de phosphate; on sépare donc de la solution d'acide phosphorique un gypse hémihydraté du type alpha ayant 1/2 mole d'eau de cristallisation par molécule au lieu du gypse dihydraté . Si l'on pouvait utiliser tel quel un tel gypse hémihydraté pour la fabrication des plaques de plâtre, on éviterait l'opération de calcination du gypse dihydraté, dont on conçoit qu'elle était précédemment inévitable dans la fabrication des plaques de 36077 2 2126974 plâtre . Mais le gypse hémihydraté du type alpha contient des impuretés telles qu'acide phosphorique et fluorures, et il a une structure cristalline compacte, de sorte que sa vitesse de prise est faible et qu'il ne peut être utilisé tel quel pour la fabrication industrielle des plaques de plâtre . Pour la fabrication industrielle des plaques de plâtre, on ajoute généralement une quantité d'eau appropriée au gypse hémihydraté du type bêta en agitant, on enferme la bouillie obtenue entre deux feuilles de carton avançant continuellement sur une bande transporteuse et celle-ci se combine aux feuilles protectrices en un temps très court , par exemple 1 à 7 minutes, par la réaction de prise (dihydratation du gypse hémihydraté. Par conséquent, la faible vitesse de prise du gypse hémihydraté du type alpha obtenu comme sous-produit de la fabrication de l'acide sulfurique par le procédé par voie humide, est un inconvénient rédhibitoire , du point de vue industriel, pour l'utilisation dans la fabrication de plaques de plâtre ; c'est-à-dire que l'on se heurte à cet inconvénient grave de pouvoir entraîner -une réduction de la vitesse de la bande transporteuse dans la fabrication industrielle des plaques de plâtre, d'où une réduction marquée de la capacité de production de ces plaques . Un des buts de l'invention est de fournir un procédé de fabrication de plaques de plâtre ne comportant pas l'opération de calcination du gypse dihydraté . Un autre but de l'invention est de fournir un procédé perfectionné pour la fabrication de plaques de plâtre avec un gypse hémihydraté du type alpha, sous-produit de la fabrication de l'acide phosphorique, permettant une vitesse de fabrication élevée . Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'une plaque de plâtre évitant le broyage fin du gypse hémihydraté du type alpha utilisé comme matière première . Un autre but encore de l'invention est de fournir un procédé perfectionné de fabrication de plaques de plâtre économisant de la chaleur pour le séchage . L'invention a pour objet un procédé de fabrication de plaques de plâtre dans lequel un gypse hémihydraté du type alpha ,sous-produit de la fabrication de l'acide phosphorique par le procédé par voie humide, est broyé et mélangé à de l'eau pour former une bouillie , et cette bouillie est enfermée entre deux feuilles de 1 36077 3 2126974 carton et fait prise entre elles , caractérisé en ce qu'on introduit des ions fer ou aluminium dans la bouillie et on maintient le pH de cette bouillie à une valeur de 4 à J. Pour introduire des ions fer ou aluminium dans la bouillie, on mélange au gypse hémihydraté du type alpha un sel de fer ou d1 aluminium hydrosoluble avant la formation de la bouillie contenant le gypse hémihydraté du type alpha ,ou bien on l'ajoute à une bouillie aqueuse contenant du gypse hémihydraté du type alpha. Comme sel de fer ou d'aluminium hydrosoluble, on utilise un sel d'acide fort, tel que sulfate, nitrate ou chlorure, le sulfate étant préférable .La quantité de sel de fer ou d'aluminium ajoutée est de préférence de 0,3 à 3,0 parties en poids sous forme d'hydrate pour 100 parties en poids de gypse hémihydraté du type alpha . Pour l'ajustement du pH de la bouillie aqueuse contenant du gypse hémihydraté du type alpha à une valeur de 4 à 7» de préférence de 4 à 6, on ajoute au gypse hémihydraté du type alpha de départ, ou à la bouillie, un composé basique d'un métal alcalin ou aiealino-terreux . Comme tel composé basique ,on utilise un oxyde, un hydroxyde ou un carbonate, et de préférence un composé de calcium tel que 1'hydroxyde de calcium. La quantité de ce composé ajoutée est en général de préférence de 0,05 à 0,5 partie en poids pour 100 parties en poids de gypse hémihydraté du type alpha . Dans la présente invention, il est important que des ions fer ou aluminium soient présents dans la bouillie aqueuse de gypse hémihydraté du type alpha, et que le pH de la bouillie soit maintenu entre 4 et 7 . Comme il sera indiqué plus loin, la seule présence d'ions fer ou aluminium, ou le seul ajustement du pH de la bouillie n'ont aucun effet utile sur le plan industriel . Ce qui veut dire que si des ions fer ou aluminium sont présents sans que le pH soit ajusté, le pH de la bouillie aqueuse s'abaisse encore du fait que le pH du gypse obtenu comme sous-produit de la fabrication de l'acide phosphorique est inférieur à 3, ce qui provoque le changement de couleur et l'affaiblissement du carton ainsi que la diminution de la résistance de la plaque de plâtre elle-même .En outre , les clous pour la fixation ont 1'inconvénient de rouiller lors de l'utilisation de la plaque de plâtre. D'autre part, si on ajuste le pH à une valeur de 4 à 7 en l'absence d'ion fer ou aluminium, les exemples ci-après montrent à l'évidence que le temps de prise de la bouillie aqueuse de gypse 71 36077 4 2126974 hémihydraté du type alpha est fortement allongé, que l'adhérence au carton disparaît et que la résistance est réduite .Des sels de potassium ou de sodium, tels que le sulfate de sodium ou de potassium , qui sont classiquement utilisés dans la fabrication des 5 plaques de plâtre à partir de gypse hémihydraté du type bêta , n'ont pas le même effet que dans cette invention ,qu'ils soient utilisés isolément ou après ajustement du pH de la bouillie aqueuse dans la gamme de 4 à 7 comme dans l'invention . Dans la présente invention, il n'est pas nécessaire de broyer 10 le gypse hémihydraté du type alpha de départ aussi finement que dans les procédés classiques . Alors que le gypse hémihydraté du type bêta, utilisé précédemment, est généralement pulvérisé jusqu'à une surface spécifique supérieure à 5000 cm2/g , il suffit dans le procédé de l'invention de broyer le gypse du type alpha , 15 utilisé comme matière première, jusqu'à une surface spécifique supérieure à 2.500 cm2/g, de préférence d'environ 3000 cm2/g . Dans le procédé suivant l'invention , on peut utiliser des additifs tels que des charges et des agents de gonflement connus, classiquement utilisés dans la bouillie aqueuse lors de la fa-20 brication des plaques de plâtre . Conformément à l'invention, on peut utiliser très facilement sur le plan industriel, pour la fabrication des plaques de plâtre , le gypse hémihydraté du type alpha , sous-produit de la fabrication de l'acide phosphorique par un procédé par voie humide comme le 25 procédé au dihydraté -hémihydrate , de sorte que l'opération de calcination à haute température du gypse de départ n'est pas nécessaire, alors qufelle était auparavant considérée comme inévitable dans la fabrication de la plaque de plâtre . En outre, alors que la quantité d'eau nécessaire pour obtenir 30 une consistance normale ( en parties en poids d'eau pour 100 parties du poids de gypse hémihydraté nécessaires pour la préparation d'une bouillie aqueuse de consistance appropriée) est d'environ 75 à 85 pour le gypse hémihydraté du type bêta , elle est d'environ 55 à 60 pour le gypse hémihydraté du type alpha . Par con-35 séquent, l'utilisation d'un gypse hémihydraté du type alpha peut réduire d'environ 20 à 30# la quantité d'eau nécessaire pour la préparation d'une bouillie.de consistance appropriée .11 s'ensuit que la quantité d'eau à évaporer des moulages de plaques de plâtre dans l'opération de moulage de celles-ci est réduite d'environ 30 40 à 40# , ce qui conduit à une amélioration de la capacité de produc- 71 36077 5 2126974 tion de l'usine de plaques de plâtre. En outre, dans la présente invention, le gypse hémihydraté du type alpha,qui est très difficile à broyer finement par comparaison avec le gypse hémihydraté du type bêta, n'est pas soumis 5 au broyage fin, et la vitesse de prise d'une bouillie de gypse hémihydraté du type alpha est supérieure à celle d'une bouillie classique de gypse hémihydraté du type bêta . Tant le raccourcissement du temps de prise que la réduction de la quantité d'eau utilisée, (cette réduction résultant de l'utilisation de gypse 10 hémihydraté du type alpha dans la fabrication des plaques de plâtre) apportent une forte augmentation de la capacité de production par unité de production .De plus, la plaque de plâtre obtenue suivant la présente invention présente une adhérence de l'âme de plâtre au carton, et une résistance en flexion supérieures à cel-15 les des plaques de plâtre obtenues par le procédé classique utilisant un hémihydrate du type bêta . Conformément à l'invention, le temps de prise d'une bouillie de gypse hémihydraté du type alpha obtenu comme sous-produit de la fabrication de l'acide phosphorique peut être équivalent à celui 20 observé lorsqu'on utilise du gypse hémihydraté du type bêta,de sorte que l'on peut utiliser sans modifications les installations de fabrication de plaques de plâtre utilisant un gypse hémihydraté du type bêta . Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'il-25 lustration de 1'invention . EXEMPLE 1 On utilise un gypse hémihydraté du type alpha séché obtenu comme sous-produit de la fabrication de l'acide phosphorique par voie humide suivant le procédé au dihydraté-hémihydrate .Le gypse hëmy-30 hydraté du type alpha contient 6,43# d'eau de cristallisation , 0,15# d'acide phosphorique total (en ' °'°9^ d'acide phospho rique hydrosoluble (en P2°5^ 0,11% de fluor et 0,10# d'aluminium (en Al~0.,).0n broie le gypse hémihydraté du type alpha jusqu'à £ D une surface spécifique d'environ 3000 cm2/g et on l'essaie comme 35 le montre le TABLEAU 1 ci-après . On mélange énergiquement le gypse hémihydraté du type alpha broyé avec 0,5# de dextrine (la quantité ajoutée indiquée ci-après est exprimée en # en poids par rapport au gypse hémihydraté du type alpha), 0,05# de dodécylbenzène sulfonate de sodium, un com-40 posé basique d'un métal alcalin ou aicalino-terreux et un sel de 71 36077 6 2126974 fer ou d'aluminium hydrosoluble dans la proportion indiquée respectivement pour chaque essai dans le TABLEAU 1, et 60 parties d'eau pour 100 parties de ce gypse hémihydraté du type alpha pendant 20 secondes avec un mélangeur à pointes tournant à une vi-5 tesse de 750 tours/minute ; on prélève la bouillie obtenue pour former une plaque de plâtre de d'épaisseur au moyen d'un moule pour l'essai des plaques de plâtre (40 cm x 50 cm), et on détermine l'adhérence et la résistance en flexion des produits moulés .Le TABLEAU 1 indique les résultats obtenus .Les pH et les temps de 10 prise de ces bouillies sont également données dans le TABLEAU . Comme il ressort clairement du TABLEAU 1, selon l'invention le temps de prise de la bouillie de gypse hémihydraté du type alpha présente un temps d'amorçage de 1 à 3 minutes, et plus précisément de 1,5 à 2 minutes , et un temps de terminaison apparent de 15 2 à 6 minutes, et plus précisément de 2,5 à 4,5 minutes . Ces valeurs convenant particulièrement bien pour la fabrication industrielle des plaques de plâtre .Les plaques de plâtre préparées selon l'invention présentent également des valeurs satisfaisantes de l'adhérence de la résistance en flexion . TABLEAU Additifs esgahîï?la essai de moulages de plaques de plâtres Note Essai N° Composé basique Composé du fer ou de l'aluminium hydrosoluble ph temps de prise (min.-sec) adhérence Résistance en flexion (kg/cm2) nature % nature % amorçage terminaison surface sous-surface verticale horizontale 1 non-uti-lisé non-utilisé 3,1 4-10 10-20 . 3 7 52 22 témoins 2 Ca(0H)2 0,30 non utilisé 6,3 13-20 21-30 1 8 3 Ca(0H)2 0,07 Pe2(S04)3 1,0 3,0 3-50 9-15 b 9 55 23 exemples suivant 1'invention 4 Ca(0H)2 0,12 Pe2(SO^)^ 1,0 4,5 1-15 2-45 8 9 62 2» 5 Ca(0H)2 0,22 *VS04'S 1,0 5,4 1-30 3-15 9 9 57 30 6 Ca(0H)2 0,32 P®2(SO4)3 1,0 6,0 2-20 3-40 9 9 66 28 7 Ca(0H)2 0,42 Pe2(S04)^ 1,0 8,1 5-10 10-00 6 8 55 24 . témoins 8 Ca(0H)2 0,62 Fe2(S04)3 1,0 9,8 16-20 21-10 0 7 - - 9 Ca(0H)2 0>17 A12^S04^3 1,0 5,1 1-10 2-25 8 9 63 28 exemples suivant 1'invention 10 NaOH 0,17 Fe2(S04)3 1,0 4,6 1-40 4-20 9 9 64 29 11 Na2C03 0,22 A1C1, 3 1,0 4,5 1-45 3-00 9 9 63 29 -S (Note)dans le TABLEAU 1 (1) les pourcentages sont rapportés au gypse hémihydraté du type alpha ; (2) on a utilisé du Pe2(S0^)^ aqueux ayant une teneur en Pe2(S0^)^ de 60%, et Alg(S0j^)^l8 Hg0 et AlCl^ de qualité garantie K> K> O-O 71 36077 8 15 20 25 10 2126974 (3) Le temps de prise est déterminé suivant la norme de"Japa-nese Industrial Standard Method" JIS R9112); le temps d'amorçage ( désigné par "amorçage" ) est le temps qui s'écoule entre le début de la préparation de la bouillie et le moment où la pointe de l'aiguille de Vicat est arrêtée à une hauteur de 1 mm à partir du bas de l'échantillon; le temps de terminaison (désigné par "terminaison" ) est le temps qui s'écoule entre le début de la préparation de la bouillie et le moment où la pointe de l'aiguille Vicat est arrêtée à une profondeur de 1 mm à partir de la surface de l'échantillon . (4) Pour chaque essai, l'adhérence est la valeur moyenne pour trois éprouvettes découpées dans des moulages de plaques de plâtre et essayés suivant la norme de "Japanese Industrial Standard Method" (JIS A 69OI) et les valeurs données pour chaque essai dans la colonne de l'adhérence sont les longueurs de parties de carton ( surface avant et arrière) restant sur l'âme de plâtre lorsque la longueur de la surface de rupture est 9. EXEMPLE 2 On broie respectivement jusqu'au degré de broyage indiqué dans le TABLEAU 2 ci-après le même gypse hémihydraté du type alpha que dans 1'EXEMPLE 1 ; on mélange respectivement le gypse hémihydraté du type alpha avec 0,5# de dextrine, 0,27# d!hydroxyde de calcium, 0,5# de sulfate de fer et 60 parties d'eau pour 100 parties de ce gypse hémihydraté du type alpha pendant 20 secondes dans un mélangeur à pointes à une vitesse de rotation de 750 tours/minute, et on détermine respectivement le pH et le temps de prise de la bouillie aqueuse obtenue . TABLEAU 2 Essai N° surface spécifique du gypse hémihydraté du type alpha (cm2/g) pH Temps de prise (min.-sec.) amorçage terminaison 1 1120 6,6 6-20 16-30 2 1560 6,7 5-40 13-20 3 1910 6,4 4-05 9.45 4 2550 6,5 2-35 4-20 5 3010 6,4 2-20 3-40 6 3600 6,4 2-30 3-45 7 4580 6,3 1-40 2-45 30 35 40 Comme il ressort clairement des résultats du TABLEAU 2 , si on broie un gypse hémihydraté du type alpha obtenu comme sous-produit 1 36077 9 2126974 de là fabrication de l'acide phosphorique jusqu'à une surface spécifique supérieure à 2500 cra2/g suivant l'invention, on obtient une bouillie présentant un temps de prise optimal pour la fabrication des plaques de plâtre . 71 36077 10 2126974 REVENDICATIONS 1-Procédé de fabrication de plaques de plâtre dans lequel un gypse hémihydraté du type alpha obtenu comme sous-produit dans la fabrication de l'acide phosphorique par un procédé par voie humide 5 est broyé et mélangé à de l'eau pour former une bouillie aqueuse, cette bouillie étant enfermée entre deux feuilles de carton et faisant prise entre celles-ci, caractérisé en ce qu'on introduit dans la bouillie des ions fer ou aluminium, et on maintient le pH de cette bouillie à une valeur de 4 à 7 . 10 2-Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute au gypse hémihydraté un sel hydrosoluble d'aluminium ou de fer dans une proportion de 0,3 à 3 parties en poids, calculées en hydrate de ce sel, pour 100 parties en poids de gypse hémihydraté du type alpha . 15 3-Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute à la bouillie un sel hydrosoluble de fer ou d'aluminium dans une proportion de 0,3 à 3,0 parties en poids, calculées en hydrate de ce sel , pour 100 parties en poids de ce plâtre hémihydraté du type alpha . 20 4-Procédé suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce qu'on maintient le pH en introduisant dans la bouillie un composé basique d'un métal alcalin ou alcalino-terreux .