Brevet FR2121540A1 — publié le 19720825

212154Û La présente invention concerne des agrégats synthétiques qui conviennent notamment pour le pavage ou la confection de routes et qui possèdent une résistance satisfaisante "au polissage", cette dernière caractéristique permettant de déterminer la résis-5 tance au dérapage et étant exprimée par un paramètre appelé "indice de polissage du pavé" (abrégé ci-après IPP) et ayant paiement une résistance satisfaisante à l'abrasion exprimée comme un faible indice de l'abrasion de l'agrégat (ce dernier paramètre étant abrégé ci-après IAA). 10 On sait que des bauxites d'une pureté élevée, c'est-à-dire contenant moins de 2,5 % de Fe^O^ et moins de de SiOg,peuvent être calcinées à 1600°C ou à une température plus élevée pour obtenir un produit dense et dur qui convient pour le pavage des routes; cependant les bauxites de ce genre sont coûteuses en rai-15 son de leur faible abondance et de la demande considérable dont elles font l'objet comme matières premières pour la fabrication de réfractaires. La présente invention a pour objet de permettre la production d'agrégats synthétiques pour le pavage ou le revêtement de 20 routes à partir de bauxites moins pures et par conséquent moins coûteuses. Les bauxites de ce type peuvent être grossièrement classées en deux catégories selon les impuretés qu'elles contiennent. Les bauxites ferrugineuses contiennent de l'oxyde de fer comme impureté principale, à raison de 15 à 25$ en poids de la bauxi-25 te avant calcination,alors que la silice est présente en une concentration beaucoup plus faible, de l'ordre de 2fo en poids. Les bauxites siliceuses contiennent 10 à 20^ de silice avant calcination alors que l'oxyde de fer est présent en des proportions similaires à celles dans les bauxites ferrugineuses. Les procédés de 30 traitement selon l'invention conviennent également pour des bauxites de qualités intermédiaires entre les valeurs extrêmes citées. On a trouvé que lorsqu'on calcine de telles bauxites, les paramètres IPP et IAA du produit calciné dépendent grandement de la porosité et en même temps, un certain degré minimal de frittage 35 doit se produire si l'on veut que l'agrégat résultant possède une valeur adéquate IAA et une bonne résistance à l'écrasement en service. Les tentatives de la technique antérieure pour utiliser les bauxites siliceuses et ferrugineuses dans la préparation d'agré-40 gats artificiels comportaient le frittage de la matière sous forme 72 30034 2 2121540 de fragments qu'on obtenait par concassage de la roche de bauxite. Les résultats obtenus étaient très irréguliers; d'une façon générale, les bauxites siliceuses ne donnaient pas des résultats satisfaisants alors que les bauxites ferrugineuses avaient un compor-5 tement variable, c'est-à-dire qu'on obtenait parfois de bons résultats après calcination en fragments mais que dans d'autres cas, les résultats étaient plutôt médiocres. La demanderesse pense que ces résultats médiocres étaient dûs en partie au manque d'homogénéité de la matière première, de sorte que les fragments 10 différents dans la même charge ne se comportent pas pareillement lors du frittage, et en même temps il faut considérer le fait, surtout dans le cas de bauxites siliceuses, qu'il n'est pas toujours possible d'aboutir simultanément à un degré suffisant de frittage et à une porosité adéquate dans le produit fritté lors-15 que le matériau soumis au frittage est une roche concassée. Quand on calcine une bauxite naturelle, plusieurs phénomènes interviennent dans l'opération. Pendant le stade initial de préchauffage, au cours duquel le matériau est porté à une température d'environ 800°C, l'eau combinée et non combinée est 20 éliminée du matériau, ce qui augmente sa porosité. Quand on poursuit le chauffage à une température de 1200 à 1600°C, le matériau est fritté et les cristaux adjacents s'agglomèrent ce qui augmente la densité du produit et, en même temps, on observe une réduction chimique avec transformation du fer trivalent en fer bi7alent 25 de sorte que la perte d'oxygène provoque encore une fois une augmentation de la porosité. Ce processus de réduction se produit normalement dans un intervalle de températures plus élevé que celui auquel commence le frittage et il en résulte qu'à mesure qu'on augmente la température de la cuisson,on observe le plus souvent 30 une diminution de la porosité du produit au début du frittage du produit cuit, après quoi la porosité augmente au moment où la réduction chimique a lieu. Si l'on mesure la densité des fragments du matériau après une cuisson à des températures variées,on peut déterminer la porosité du produit en fonction de la température et 35 on peut tracer une courbe de la porosité en fonction de la température. La demanderesse a trouvé que la forme de cette courbe pendant les stades de frittage et de réduction dans le procédé de calcination varie très largement selon la nature de la bauxite utilisée et aussi selon la granulométrie initiale de divers échantil-40 Ions de la même bauxite. On a également établi qu'on obtient des 72 00334 3 2121540 agrégats qui possèdent des propriétés satisfaisantes pour le pavage des routes si l'on effectue le frittage à une température un peu plus faible que celle à laquelle on obtient la porosité minimale àu produit, la température correspondant à un point de la 5 courbe où la porosité change rapidement avec la température et la porosité elle-même est comprise dans l'intervalle de 15 à 35p et, de préférence, 20 à 30.^. On ne doit pas pulvériser la bauxite à une granulométrie qui est trop fine ou trop grossière, car dans ces cas, une très 10 faible variation des conditions opératoires ou un manque d'homogénéité de la matière première provoquera vraisemblablement un produit trop fritté ou insuffisamment fritté. Comme on l'a déjà dit, on a trouvé que le comportement des bauxites pendant le frittage est fortement tributaire de la 15 granulométrie initiale de la bauxite traitée et l'invention a précisément pour objet un procédé de frittage d'une grande variété de bauxites impures pour former des agrégats synthétiques dont les propriétés sont satisfaisantes pour le pavage des routes. Selon la présente invention,un procédé de frittage d'une 20 bauxite impure pour former un agrégat synthétique convenant pour le pavage des routes, consiste à broyer la bauxite en particules comprises dans une gamme de grosseur telle que 35?^ du produit ne traversent pas un tamis ayant 0,295 roni d'ouverture de maille, et que If? du produit ne traverse pas un tamis ayant0,089 mm d'ouver-25 ture de maille, à agglomérer les particules et à fritter la bauxite, au moins jusqu'à la cessation de changements rapides de la densité apparente, à une température inférieure d'au moins 35°C à celle qui aurait produit la porosité minimale dans la matière cuite, mais suffisamment élevée pour que le paramètre IAA c'est-à-30 dire l'indice d'abrasion de l'agrégat obtenu ne dépasse pas 12. De préférence, la température de cuisson est choisie à une valeur inférieure de 35 à JQ°C à la température qui aboutit à la porosité minimale si la cuisson a lieu dans l'air et à ijne température pouvant encore être inférieure de 40°C au plus si l'opération est 35 exécutée en présence de gaz de combustion.Un abaissement supplémentaire de la température de cuisson est autorisé si la bauxite broyée a été agglomérée par extrusion. L'agglomération est nécessaire car les particules de la bau xite broyée sont trop petites pour des applications de pavage de 40 routes. Ci-dessous on donne quelques exemples de procédés d'agglo 72 )Q0^4 4 2121540 mération: Si l'on utilise un four rotatif pour le frittage de la bauxite, ce qui est le cas le plus fréquent,on peut broyer la bauxite à la granulométrie requise, l'empâter à l'eau et pomper cette 5 suspension dans le four,dans lequel le produit sera nodulisé selon une manière qui" dépend de la température et de la vitesse de rotation du four. En variante, on malaxe la bauxite pulvérisée avec de l'eau en ajoutant, si nécessaire , un liant et un lubrifiant et on 10 peut extruder le produit résultant; les liants qui conviennent sont par exemple la bentonite, d'autres argiles plastiques, la méthylcellulose, les alginates, les résidus d'huile de goudron, les mélasses et les amidons. Avec de nombreuses bauxites siliceuses, l'incorporation de liants est inutile. 15 Comme autre variante, on peut Roduliser la bauxite broyée en formant des billes sur un plateau rotatif avec de l'eau. Les Modules peuvent être renforcés par l'introduction d'une quantité de silicate de sodium allant jusqu'à 5$ Suivant un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention 20 et à titre de stade préliminaire, on détermine la densité des fragments du produit fritté obtenu par calcination à l'échelle de laboratoire dans un intervalle de températures différentes et avec des échantillons broyés et nodulisés de la bauxite impure qu'on désire utiliser comme matière première. Pour obtenir des renseignements 25plus étendus, on peut broyer la bauxite à des degrés variés de finesse, dont la définition suffisamment précise est fournie par les résidus qui demeurent sur les tamis de différentes grosseurs: par exemple, en considérant que 15# du produit restent sur un tamis de 0,089 mm >15$ restent sur un tamis de 0,152 mm et 15$ res-30tent sur un tamis de 0,295 mm. Si l'on broie à une granulométrie d'une finesse insuffisante, on se heurte à des difficultés de cuisson et d'une homogénéi sation insuffisante, alors qu'un broyage de la bauxite en particules trops fines provoque un frittage excessif et une valeur IPP non 35adéquate. On prépare des pastilles et on les cuit à des températures variées dans un four de laboratoire, en réglant la vitesse de chauf fage, la durée d'exposition à la température maximale et la vitesse de refroidissement dans des conditions aptes à simuler le régi-40 me qui sera utilisé dans un four de fabrication à l'échelle 72 30034 2121540 industrielle,qui peut être un four rotatif ou un four de tout autre type convenant pour le frittage. Pour déterminer le volume des fragments sur les pastilles cuites, on mesure la force nécessaire pour les immerger dans le mercure (de la façon décrite 5 dans les normes britanniques B.S. 1902; partie 1A). La famille de courbcs qui indiquent la densité des fragments (cette densité étant inversement proportionnelle à la porosité) en fonction de la température, sert alors à déterminer la température de cuisson. 10 Cette température est habituellement inférieure d'une va leur de 35 à. 110°C à la température indiquée par la courbe appropriée comme fournissant la porosité minimale des échantillons cuits, la température optimale étant influencée par divers facteurs. On doit choisir la température de manière qu'elle corres-15 ponde à un fragment de la courbe sur lequel la porosité change assez rapidement en fonction de la température et on préfère que la porosité du produit cuit soit comprise entre 15 et 35.5a ou, mieux encore, entre 20 et 30fo. Pour déterminer la porosité des matériaux, on utilise le processus opposé de frittage, qui abou- 20 tit à l'augmentation de la densité et une réduction chimique pro- III voquant le changement de la valence du fer présent de Pe à IX Fe , le dégagement d'oxygène provoquant une augmentation de la porosité. Si la bauxite est cuite dans l^air, la température de 25 cuisson est de préférence inférieure de 35 à 70°C à la température à laquelle on obtient la porosité minimale et -une nouvelle réduction pouvant aller jusqu'à 40°C étant appropriée si le frittage est exécuté en présence de gaz de combustion.Une réduction de la température de cuisson est autorisée si l'agglomération de la 30 bauxite broyée a été effectuée par malaxage suivi d'extrusion. La durée de la cuisson n'est pas critique mais elle doit être suffisante pour assurer la cessation des changements rapides de la densité apparente du matériau soumis à la cuisson. Toute nouvelle augmentation de la durée de cuisson n'a qu'un faible effet sur le 35 produit et une durée de 20 minutes environ est normalement appropriée dans tous les cas et spécialement appropriée lorsque la cuisson se fait dans un four rotatif. En faisant appel à une détermination de ce genre,on peut brûler dans un four rotatif des fragments ou des nodules préparés 40 avec de la bauxite ferrugineuse ou siliceuse broyée, la grosseur 72 00354 6 2121540 des fragments ou des nodules étant de 2 à 20 mm selon la destination de l'agrégat ou même d'une grosseur plus importante si le matériau doit être broyé après la cuisson,cette combustion se faisant en plusieurs stades successifs comportant d'abord un pré-^ chauffage de la température ambiante à environ 800°C (ce préchauffage ne devant pas être trop rapide) pour éliminer l'eau combinée et non combinée sans briser excessivement les particules, le préchauffage étant suivi d'un chauffage pendant 45 minutes environ pour amener le produit à la température de cuisson prédé-10 terminée qui est normalement de 1200 à 1450°C,cette température étant maintenue pendant 20 minutes environ et le p roduit étant ensuite refroidi à une vitesse étudiée pour réduire au minimum la fissuration,ce qui aurait provoqué une réduction de la résistance aux chocs de l'agrégat. On peut introduire la matière direc-15 tement dans le four ou bien on peut effectuer le préchauffage dans un foyer mobile ou dans un autre appareil convenable de préchauffage alimenté en gaz de combustion à partir du four rotatif. Les exemples suivants dans lesquels les paramètres IPP et IAA sont déterminés par la méthode décrite dans la norme britanni-20 que B.S.S.812,servent à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée. Pour que les produits soient acceptables, les valeurs IPP doivent être aussi élevées que possible et avantageusement au-dessus de 65 alors que les valeurs IAA doivent être aus-jgi faibles que possible, de préférence au-dessous de 12. 25 EXEMPLE 1- On broie des échantillons de bauxite siliceuse de manière à obtenir la granulométrie suivante :15% de résidu au tamis de 0,295 mm et 15# de résidu au tamis de 0,152mm . On malaxe les échantillons broyés et on cuit l'agglomérat obtenu en fragments, 30 ou bien on l'extrude d'abord et on le cuit ensuite.On cuit égale' ment la bauxite à des températures différentes sous forme de fragments bruts sans broyage. Les résultats de ces essais apparaissent dans le tableau suivant. Les échantillons malaxés ainsi que les échantillons malaxés et extrudés présentent tous deux un minimum 35 de porosité quand on les cuit à environ 1450°C. 72 D03 34 7 2121540 Fragments bruts Malaxé Malaxé et extrudé Tempéra tu - re a) IPP IAA # Température b) IPP IAA# Tempéra- tur€b) IPP.IAA# 1150 48 9,2 (15# + 0,295 (15 # + 0,152 mm) mm) 1250 52 5,2 1400°C 72 10,6 1325°c 74 6,4 1350 55 2,1 (15# + 0,152 mm) 1325°c 73:5,9 1450 57 4,9 1400°C 67 4,2 1550 57 3,8 a) cuisson pendant 20 minutes à la température indiquée en °C. b) cuisson pendant 20 minutes à la température indiquée en °C. EXEMPLE 2- On pulvérise des échantillons de 2 charges de bauxite ferrugineuse de manière que 15# du produit ne passafcpas à travers un tamis de 0,152 mm et on effectue le malaxage et l'extrusion des échantillons. On cuit également la bauxite à des températures différentes sous forme de fragments bruts sans broyage. Les résultats de ces essais apparaissent dans le tableau suivant. Les échantillons broyés ont une porosité minimale à 1450°C. Fragments bruts Malaxé et extrudé après broyage jusqu'à un résidu de 15/o sur un tamis de 0,152mm Tempé- IPP IAA# Tempé- IPP IAA # ratu- rature re a ) a) Charge 1 1350°C 71 4,2 1415°C 77 4,0 1450°C 63 3,9 Charge 2 1350°C 60 4,4 1390 °C 74 4,6 a) cuisson pendant 20 minutes à la température indiquée. EXEMPLE 5- On prépare des échantillons de bauxite ferrugineuse comme dans l'exemple précédent sauf qu'après malaxage, le produit n'est pas extrudé et que le produit malaxé est cuit dans un four élec- 72 30034 2121540 trique pendant 20 minutes à des températures différentes. Les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous: Température de IPP Ikkfo cuisson 1315°C 82 51,1 1350°C 73 20,0 1375°C 8,1 ù 1410°C 59 2,8 1450°C 58 3,7 EXEMPLE 4- On utilise des échantillons de bauxite siliceuse différents de ceux de l'exemple 1 et on les broie jusqu'à 1' établissement d'un résidu de 20% sur un tamis de 0,15 2mm et aus si d'un résidu de 15% sur un tamis de 0,089 mm; on malaxe les échantillons, on extrude le produit malaxé et on cuit pendant 20 minutes à des températures différentes. Les résultats sont résumés dans le ta- bleau ci-âpres : Distribution granulomé-trique Température de cuisson IPP Ikkfo 20;5 supérieurs à 0,152mm (température de cuisson qui donne la porosité minimale :1400°C). 1305°C 1335°c 1340°C 72 71 76 15.1 11.2 7,6 1345°C 73 5,7 1380oC 62 5,0 15^ supérieurs à 0,089mm 1270°C (température de cuisson qui ]_3io0C donne la porosité minimale: ^ 1375°C 1330°C 69 71 74 9.5 2,3 1.6 72 DO034 2121540 -REVENDICATIONS- 1. Procédé pour l'obtention d'un agrégat synthétique convenant pour la confection des routes par frittage d'une bauxite impure, caractérisé en ce qu'il consiste à broyer la bauxite en particules comprises dans une gamme de grosseur telle que 35$ 5 du produit ne traversent pas un tamis ayant 0,295mm d'ouverture de maille et que 1$ du produit ne traverse pas un tamis ayant 0,089 mm d'ouverture de maille, à agglomérer les particules et à fritter la bauxite, au moins jusqu'à la cessation de changements rapides de la densité apparente, à une température inférieure 10 d'au moins 35°C à celle qui aurait produit la porosité minimale dans la matière cuite, mais suffisamment élevée pour que le paramètre IAA c'est-à-dire l'indice d'abrasion de l'agrégat obtenu ne dépasse pas 12. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 qu'on broie la bauxite de manière que 15$ du produit restent sur un tamis de 0,295 mm et 15$ restent sur un tamis de 0,089 mm. 3.Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'on broie la bauxite de manière à obtenir un résidu d'environ 15$ sur un tamis de 0,152mm. 20 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température de cuisson est inférieure de 35 à 70°C à la température qui donne la porosité minimale et elle est inférieure d'un maximum de 40°C de plus quand on effectue la cuisson en présence de gaz de combustion. 25 5- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la température de cuisson est déterminée de manière à donner au produit une porosité de 15 à 35$. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la température de cuisson est déterminée de 30 manière à donner au produit une porosité de 20 à 30$. 7.Procédé selor l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'on agglomère la bauxite broyée par malaxage suivi d'extrusion. 8. A titre de nouveaux produits, les agrégats synthétiques 35 obtenus par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.