Brevet FR2132436A1 — publié le 19721117

L'invention concerne un procédé de fabrication de grains de verre expansé de forme et de grosseur quelconques à partir d'une roche volcanique contenant de l'eau en solution, de préférence la perlite, par concassage, mélange avec une solution alcaline et traitement thermique. la possibilité d'expanser des verres d'origine volcanique contenant de l'eau par traitement thermique, et les techniques opératoires utilisables à cet effet sont connues depuis plusieurs décades. Pour celà, on concasse la roche volcanique, par exemple la perlite, la rétinite ou la vermiculite à une grosseur de grains généralement inférieure à 3 mm, puis on en provoque le gonflement ou l'expansion à 1t00 - 12000C. Lorsque la roche atteint son état pyroplastique et que l'eau qu' elle contient en solution se vaporise brusquement, il se forme un produit final léger, vitreux,-une densité apparente d'environ 40 à 200 g/l et d'une grosseur de grains d'environ 0,5 à 4 mm. Le produit expansé ainsi obtenu présente cependant outre de nombreuses caractéristiques techniques avantageuses, quelques propriétés défavorables, qui empêchent son utilisation dans certains domaines, et s'opposent à une exploitation sur une plus grande échelle des possibilités apportées par les matériaux vitreux volcaniques contenant de l'eau. Parmi les propriétés défavorables, il faut citer tout d'abord les pores larges et ouverts, ou la fixation d'eau éievée, atteignant parfois plusieurs centaines pour cent, des produits expansés, Au contact de milieux humides, leur pouvoir dtisolation thermique, par aillaurs très bon à l'état sec, s'en trouve compromis, c' est pourquoi 1' utilisation du matériau expansé comme matériau d'isolation est peu recommandée dans ce cas. En outre le produit, du fait de ses pores ouverts et de son absorption d'eau importante, n'est pas résistant au gel, et par suite n'est utilisable que pour des constructions qui ne viennent pas en contact avec l'eau ou qui sont rendues étanches à la pénétration de l'eau. Une autre propriété défavorable des produits est leur faible résistance intrinsèque ou leur tendance à l'effrittement, qui font que leur utilisation ne peut pas etre envisagée non plus en de nombreux endroits. C'est ainsi que, suivant Brouck, la résistance de la perlite expansée n'est que de 2 à 5 kg/cm2. le produit à grains fins ne peut être mis en oeuvre qu'avec des liants comme la chaux, le ci ment, le plâtre, ou des résines de synthèse, avec lesquels on l'homogénéise en général dans des malaxeurs à mélange forcé. Cependant, du fait de sa faible résistance intrinsèque, il se produit aussi lors du mélange un effrittement important, en raison duquel on doit fréquemment utiliser jusqu'à 1,5 à 2,5 m3 d'agrégats pour produire 1 m9 de produit final, de la grosseur de grains précédemment indiquée. Les techniques d'expansion des roches volcaniques connues jusqu'à présent ne permettent guère le contrôle de l'opération d'expansion, étant donné la grande vitesse avec laquelle celle-ci se produit. En partie pour cette raison, et en partie du fait de la structure non homogène des grains, et de la qualité régulière de la matière broyée soumise à l'expansion, les paramètres techniques du produit final - composition ou granulométrie des grains, densité apparente, résistance, etc... présentent des variations importantes. Le but de l'invention est, tout en éliminant les propriétés désavantageuses des produits en granulés expansés fabriqués à partir d'un verre volcanique, de prévoir un nouveau procédé permettant de mieux utiliser les propriétés offertes par le verre volcanique contenant de l'eau, et de préparer des produits qui, par rapport aux produits connus à base de roches volcaniques, se présentent sous une forme entièrement nouvelle et possèdent des paramètres techniques complétement différents. L'invention repose sur la constatation que lorsqu'on mélange la roche volcanique finement broyée, que l'on doit activer par voie mécanique, ou mieux encore mécanique-chimique, avec une quantité d'une solution alcaline aqueuse telle que la teneur en oxyde alcalin de la matière mélangée soit de 12,0 à 21,0, par rapport au poids sec, 1' état pyroplastique requis pour le gonflement ou l'expansion, commencent à apparaître dans un domaine de température beaucoup plus bas, à savoir de 700 à 10000C, au lieu de 1100 à 12000C. En même temps, du fait de la diminution de la température d'expansion, on également la vaporisation brusque de l'eau contenue dans la roche, de sorte que grace au mélange avec la solution alcaline, on peut contrôler le processus d'expansion.L'activation mécanique ou mécanique-chimique de la roche assure une réaction complète et une bonne vitrification de la solution alcaline pendant le traitement thermique relativement court. Pour l'homogénéisation et l'activation de la perlite par la solution alcaline, il est très avantageux de broyer finement au mouillé, dans un milieu basique, la roche préalablement concassée à 1 - 2 mm, car la réactivité des grains est ainsi augmentée du fait de l'activation mécanico-chimique se produisant grâce à la solution alcaline, et le broyage s'effectue de façon plus efficace grâce à l'action dispersante de la solution alcaline, la consommation spécifique d' énergie étant en même temps plus favorable. Un avantage supplémentaire consiste en ce que les petits grains de la suspension sont enrobés après le séchage d'une mince enveloppe d'hydroxyde alcalin, telle qu'une enveloppe de NaOH, grâce à laquelle on a une fusion et une expansion à plus basse température, une réaction presque complète des alcalis et une vitrification totale. L'invention repose en outre sur la constatation que l'on peut transformer par moulage la poudre de roche préparée en grains plus gros, ce qui conduit à un produit complètement nouveau. C'est ainsi que l'on peut fabriquer à partir de la poudre de roche préparée, grâ- ce à l'effet de cimentation de la solution d'alcali, par pressage à l'état mouillé, mi-sec ou sec, ou par granulation au mouillé, des sphères, cylindres, polyèdres et autres solides, qui sont résistants à l'eau après le séchage et présentent une résistance de 50 à 80 kg/cm2. Par un traitement thermique approprié effectué de façon contrôlée, on peut faire gonfler ces grains à 5 - 10 fois leur taille initiale.Le produit expansé est analogue à du gravier, il a une structure poreuse fermée, son absorption d'eau est faible, il pre sente une résistance et un pouvoir d'isolation thermique très favo- rables, sa densité apparente est entre 120 et 280-g/I et sa grosseur de grains peut aisément être ajustée entre environ et 40 mm. Cette résistance mécanique importante et ce bon pouvoir d'isolation thermique peuvent être attribués à la structure vitreuse du matériau,au fait que les pores à l'intérieur des grains sont fermés et de dimensions régulières, et à la couche superficielle analogue à un glaçage de quelques dixièmes de millimètre d'épaisseur qui se forme à la surface des grains. le but de l'invention est donc un procédé de fabrication de grains de verre expansé de forme et de taille quelconque, d'une densité apparente de 120 à 280 g/l à partir d'une roche volcanique contenant de l'eau en solution, de préférence la perlite, par concassage, mélange avec une solution d'alcali et traitement à chaud, caractérisé en ce que l'on broie la roche volcanique préalablement concassée à une grosseur de grains maxima de 200 microns avec une proportion d'au moins 40 Xo de grains inférieurs à 25 microns, en ce que l'on effectue le traitement par la solution d'alcali, avec laquelle la teneur en oxyde alcalin de la matière mélangée est ajustée à 12,0 21,0 % par rapport au poids sec, pendant le broyage et/ou après celui-ci, puis en ce qu'on moule la masse ainsi activée mécaniquement, chimiquement ou mécanico-chimiquement à l'état humide, ou, après séchage, à l'état mi-sec ou sec, en solides de 2 à 20 mm, de préférence 6 à 8 mm, et en ce qu'on fait subir aux grains ainsi obtenus un traitement thermique à une température de 700 à 10000C, de préférence 840 à 8500C, pendant au moins 5 minutes, de préférence 15 à 20 minutes. Conformément à un mode de réalisation avantageux du procédé de l'invention, on mélange à la matière de base un additif d'expansion, de préférence un sel se dissociant thermiquement en au moins deux stades entre le point de fusion de la substance alcaline utilisée pour la solution d'alcali et la température d'expansion, de préférence dans une proportion ne dépassant pas 0,1 à 1,0 , de préférence 0,4 à 0,5 %. Comme additif d'expansion, on utilise de préférence un nitrate alcalin, en particulier du nitrate de potassium. Suivant le procédé de préparation utilisé (procédé de granulation), le produit final peut se présenter comme un agrégat de grains ou comme une structure granulaire continue. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention. Exemple 1 On broie finement au mouillé, dans un milieu contenant une lessive de soude, une perlite préalablement concassée à unegrosseur de grains d'environ 1 à 2 mm, de telle sorte que la proportion de grains de taille inférieure à 25 microns soit au moins de 40 à 50 %. les quantités de lessive de soude et d'eau ou de lessive de soude ajoutées à la poudre de perlite sont telles que l'on ait pour 100 kg de perlite 120 litres d'eau et Il kg NaOH.On sèche la suspension dans un séchoir à colonne de gaz chaud (séchoir par pulvérisation) dans un courant d'air à une température maxima de 250 à 30000 jusqu a une teneur en humidité de 8 à 10 ss On comprime la poudre demi-sèche ainsi obtenue dans une presse à cylindres munis de cavités en sphères d'un diamètre de 0,6 à 0,8 cm. On fait gonfler ces sphères sans préséchage dans un four rotatif à contre-courant à 840 - 850 OC en 20 à 25 minutes. le produit granulaire ainsi obtenu présente une grosseur de grains d'environ 0,8 à 0,9 cm, il a une structure en pores fermés, sa densité apparente est de 200 à 230 g/l, son absorption d'eau est de 1 à 2 % au maximum, et sa résistance est de 20 à 25 kg/cm2. Exemple 2 On procède de la façon décrite dans l'exemple 1, mais cependant avec cette différence que pour augmenter le degré de gonflement, le broyage fin s'effectue en présence de 0,4 % de KNO. On obtient ainsi une matière à pores fins dont la grosseur de grains est de 1,1 à 1,3 cm, la reprise d'eau de 3 à 4 , la densité apparente de 130 à 170 g/l, et la résistance de 12 à 15 kg/cm2. Exemple 3 On homogénéise 100 kg de poudre de perlite finement broyée avec 20 1 de lessive de soude d'une concentration de 650 g/l dans un mélangeur à mélange forcé Eirich. En même temps que la lessive, on incorpore également au mélange 0,5 kg KN03. On presse la masse homogène avec une presse à cylindres à surface lisse avec une ouverture de fente de 7 à 8 mm. On sèche la matière pressée à environ 3000C, puis on la concasse jusqu'à une grosseur de grains de 3 à 15 mm. La matière sèche ayant subi le concassage préalable est expansée dans un four rotatif à 840 - 8500C. La grosseur de grains du produit est de 4 à 35 mm. Les paramètres techniques sont semblables à ceux indiqués dans l'exemple 2. Exemple 4 On broie finement de la perlite préalablement concassée avec 15 % en poids d'argile sèche mais plastique de Mézotur (Hongrie) dans un broyeur à boulets travaillant wec. On homogénéise la matière broyée dans un mélangeur à mélange forcé Eirich avec de la lessive de soude à une concentration de 650 g/l, en utilisant pour 100 kg de perlite 20 litres de lessive à la concentration ci-dessus. On granule la masse homogénéisée dans un granulateur, en sphères d'un diamètre de 0,5 à 1,0 cm ou avec une presse à cylindres sous une pression spécifique de 15 à 20 kg/cm2 en sphères de la même grosseur. On fait gonfler les sphères à 850 - 8700C dans un four rotatif à contre-courant pendant environ 25 minutes. le produit obtenu présente une grosseur de grains d'environ 1,3 à 1,4 cm (de diamètre), une densité apparente de 240 à 270 g/l et une absorption d'eau de 2 à 4 ffi au maximum. Exemple 5 On procède comme il a été décrit dans l'exemple 4, mais avec cette différence qu'on incorpore en outre au produit brut, lors du mélange 0,5 % de KAN03 afin de contrôler le processus d'expansion. Grâce à l'effet de gonflement de l'additif se dissociant thermiquement en plusieurs stades, il est possible de réduire la densité apparente à 200 - 250 g/l, la température de combustion à 830 - 8400C et la durée d'expansion à 20 minutes. Revendications 1 - Procédé de fabrication de grains de verre expansé de forme et de grosseur quelconques,d'une densité apparente de 120 à 280 g/l à partir d'une roche volcanique contenant de l'eau dissoute et notamment de perlite, par concassage, mélange avec une solution d'alcali et traitement thermique, caractérisé en ce que l'on broie la roche volcanique préalablement concassée à une grosseur de grains maxima de 200 microns, avec une proportion d'au moins 40 % de grains inférieurs à 25 microns, en ce qu'on effectue le traitement par la solution d'alcali, avec laquelle on ajuste la teneur en oxyde alcalin du mélange à 12,0 - 21,0 %, par rapport au poids sec, pendant le broyage et/ou après celui-ci, puis en ce que l'on moule la masse ainsi activée mécaniquement, chimiquement, ou mécanico-chimiquement à l'état humide ou, après séchage, à l'état mi-sec ou sec, en solides de 2 à 20 mm, et notamment de 6 à 8 mm, et en ce qu'on fait subir aux grains ainsi traités un traitement thermique à une température de 700 à 100000, et notamment de 840 à 8500C, pendant au moins 5 minutes, et notamment pendant 15 à 20 minutes. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on incorpore à la matière debase un additif de gonflement, de préférence un sel se dissociant thermiquement en au moins deux stades entre le point de fusion de la substance alcaline utilisée pour la solution d'alcali et la température d'expansion, dans une proportion maxima de 0,1 à 1,0 %, et notamment dans une proportion de 0,4 à 0,5 %. 3 -Procédé suivant la revendication t ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on utilise comme additif de gonflement un nitrate alcalin. 4 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le nitrate alcalin est KN03.