Brevet FR2177624A1 — publié le 19731109

Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication de granulats légers. I1 est connu d'utiliser, dans une fabrication de granulats légers, applicables principalement à l'élaboration du béton, les propriétés pouzzolaniques des cendres volantes des centrales thermiques de production d'énergie électrique ou installations à foyers analogues à combustibles pulvérulents. On fait intervenir en effet, dans l'élaboration de nodules, des cendres volantes, de la chaux blutée et de l'eau. Un mélange de 5 ffi en poids environ de chaux et de 95 ffi de cendres volantes est humidifié convenablement, admis dans un granulateur qui le transforme en boulettes sphériques ou nodules dont les diamètres vont de 4 à 12 mm environ. Ces boulettes sont soumises à un préséchage, puis à un étuvage (ou un autoclavage) puis à un séchage à coeur, ce qui a pour résultat de provoquer une réaction entre les constituants des cendres et la chaux, et ainsi, un durcissement notable, accompagnant la formation, en partIculier, de silicate de calcium qui est un fondant. Les nodules durcis par ce processus sont manipulables et stockables; ils sont soumis ensuite à un traitement thermique comprenant un préchauffage, une décarbonation obligatoirement dirigée avec précision, une expansion et un refroidissement, aboutissant à la formation de granulats légers, résistants et de faible porosité ouverte, très avantageux déjà, bien que les densités demeurent dans un domaine de variation peu extensible. En effet, ce procédé connu offre des inconvénients dus principalement au fait que le traitement des nodules relativement mous avant étuvage ou autoclavage est assez délicat, alors que le traitement thermique lui-même demande une grande précision, car la présence de silicate de calcium à titre de fondant rapproche la température de fusion de la matière des granules de celle où se produit l'expansion; il en résulte que la conduite des fours demande une très grande précision, souvent incompatible avec la capacité de réponse de l'installation et que l'éventail des masses volumiques des granules obtenus demeure restreint, bien que les produits obtenus soient déjà d'une qualité Extrêmement interessan- te. La présente invention a notamment pour but de remédier à de tels inconvénients tout en aboutissant à une production améliorée et plus souple sur le plan des propriétés des produits obtenus, à partir des cendres vaSluamRtnek principalement, ou des matières pulvérulentes silico caronees analogues. Selon l'invention, les cendres volantes sont intimement mélangées à du platre pulvérulent et ce mélange est additionné d'eau pour former une pâte qui est mise en boulettes ou nodules; une fois la prise effectuée, qui est rapidement obtenue, ces nodules durs sont l'objet d'un séchage à coeur accompagné d'une déshydratation du gypse, d'un préchauffage et d'une décarbonation, puis d'une expansion suivie d'un refroidissement. Dans un mode de mise en oeuvre particulier d'un tel procédé, le plâtre est mélangé aux cendres au cours d'un broyage d'ensemble pour aboutir à la finesse voulue et à l'homogénéité souhaitée. L'eau de prise est ajoutée en deux stades, une première partie étant admise dans un mélangeur où est présent le mélange de cendres et de plâtre, une seconde étant admise en pulvérisation dans un granulateur où sont formés les nodules. Dans le cas où la granulation est effectuée sous forme d'un bouletage à la vapeur, il est loisible de se dispenser d'un passage en tunnel chauffé d'achèvement du durcissement des nodules tunnel que l'on utilise si ce bouletage est exécuté à température d'ambiance. Une fois le durcissement des nodules achevé, soit à la sortie du bouletage, soit -à celle du tunnel qui sty trouve associé, après un séjour éventuel de stocicage en trémie, les nodules sont traités thermiquement à l'expansion. La description qui va suivre d'un exemple non limitatif de mode de mise en oeuvre de ce procédé, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. Partant de gypse artificiel, dont on dispose dans l'industrie de fabrication de l'acide phosphorique par vote humi- de, en traitant des phosphates naturels par l'acide sulfurique, par exemple, ce gypse arrivant humide en fin d'un tel traitement, est bouleté en grains de 3 à 4 mm de diamètre, après mélange avec 10 ss en poids environ de gypse préalablement deshydraté et ajout d'eau propre à assurer la prise de ce platre ainsi réhydraté. Les grains sont cuits à 25000 pendant une heure environ, la chaleur nécessaire étant une récupération de la c aleur déveloupée au couvis du tralteent thermique qui sera exposé ci-après. Dans ces conditions, les grains sont transformés en grains de plâtre, hemi-hydrate de sulfate de calcium P 70 % en poids et en anhydrite, sulfate de calcium déshydraté, à 30 % environ. Un tel mélange, convenablement additionné d'eau fait prise très rapidement en une ou deux minutes au plus. Les grains de plâtre pris en proportion de 12 % en poids environ sont ajoutés alors à des cendres volantes en proportion de 88 ffi environ, cendres sèches qutil y a avantage à prélever, comme connu, dans les premiers et quatrièmes champs électrostatiques des dépoussiéreurs des fumées des foyers des centrales thermiques de production d'énergie électrique faisant utilisation de combustibles pulvérulents, principales sources de cendres volantes sur le plan industriel. Le mélange de grains de plâtre et de cendres est soumis à un broyage dans un broyeur à boulets du type de ceux que l'on utilise couramment en cimenteries. La finesse du broyat de ce mélange, ainsi rendu très homogène, est de l'ordre de 100 ffi de matière passant au tamis présentant une maille de 80 p. Cette poudre homogène est ainsi prête à la préparation des nodules voulus. On y ajoute pour cela, en quantité représen- tant de 20 à 25 ffi en poids de pâte finale, de l'eau en deux doses successives : la première, environ 70 ss en poids, de l'eau ajoutée au total, est introduite dans le mélangeur, alors que la seconde, 30 ffi en poids du total, intervient sous forme de pulvérisation dans un granulateur. I1 est possible de régler le fonctionnement de ce granulateur pour obtenIr des calibres de nodules s'étant entre 4 et 6 mm, 7 et 9 mm ou 8 à 10 mm, en opérant par campagnes pour chacune des ces classes de calibre. Les nodles sont laissés à la prise, soit par dépôt sur bande transporteuse, métallique,sur un traJet de durée suffisante, en tunnel où règne une température d'environ 800C si la granulation est réalisée à la température ambiante, pour être admis ensuite dans une trémie d'attente où la prise s'achve, soit par admission directe à une telle trémie Si la granulation est efwee- tuée sous atmosphère de vapeur d'eau. En règle générale, les nodules deviennent très rapidement durs, en 5 à 6 minutes, par réhydratation du plâtre et teu- vent être stockés en cette trémie d'attente cù le durcissement complet s'achève par terminaison de la Drisse. Ce durcissement est favorable, car il permet de réduire les pertes en cours de transport et de traitement ultérieur. De cette trémie d'attente, les granules durs sont convoyés dans une installation où l'on réalise le cycle thermique d'expansion, cycle comprenant une phase de séchage à coeur des granules, avec nouvelle déshydratation du gypse qui figure dans leur composition, une phase de préchauffage et décarbonation des cendres volantes qu ils renferment aux environs de 8000C, une phase d'expansion des go nulles aux environs de 1320 à 14500C, puis une phase de refroidissement après laquelle on dispose des granulats expansées. Un tel procédé n'utilise pas la pouzzolanicité des cendres qui ntintervient pas dans le processus de durcissement initial; il utilise par contre la propriété qu'a le gypse, transformé en plâtre ou en anhydrite, de faire prise et par là de durcir fortement alors qu'il enrobe les minéraux en poudre tels que les cendres volantes. Ce procédé est nettement plus économique que celui qui résulte de l'emploi de la chaux (en particulier dans le cas où l'on dispose de gypse artificiel, résidu encombrant de la fabrication de l'acide phosphorique) pour les raisons suivantes 5 ss d'ajout de Ca (OH) coûtent environ 1,75 fois plus cher que l'ajout de 10 à 15 ss de plâtre nécessaire Le durcissement après bouletage des nodules ne demande ni étuve ni autoclave, quelques minutes à l'air libre suffisent, et pour cela un utilise le transport des nodules entre bouletage et trémie nitiale et cette trémie elle-mAeme, comme ci-lessus mentionné . La présence de SO4Ca au moment de l'expansion des granules ne modifie pas les caractéristiques des cendres en ce qui concerne l'intervalle de températures entre le point de ramollissement et le point de fusion, ce qui n'est pas le cas avec la chaux, car la formation de silicate de calcium abaisse nettement le point de fusion, diminue l'intervalle d'expansion et, par là, limite sensiblement l'éventail des masses volumiques possibles des granulats. L'expérience mortre même que le sulfate de calcium aurait plutôt tendance à régulariser la maire première et aussi - au contraire de la chaux - 'a éloIgner le point de fusion du point de ramollissement des cendres initiales. Point de ramollissement Point de fusion cendres initiales 1280 100 C > 1380 cendres + 12 % Si Ca 1290 # 140 C 140 C#1430 Enfin, SC4Ca au dessus de 13000C se décompose suivant la réaction Si Ca # SO2 +t 2 2 -+ CaO 502 et 2 sont des gaz qui, à eux seuls, provoquent l'expansion des granules:: Ze ce fait on n'est plus tributaire de 0,3 à 0,5 % de carbone que l'on conservait dans les cendres lors de l'utilisation de la chaux et la décarbonation du présent procédé peut donc être totale et conduite sans précautions spéciales. En effet, 0,5 % de C demeuré donnent environ 1 litre N de CO pour 100 g de cen & es; Les 15 % de S04Ca, 2H2O donnent environ 3 1 de S02 + O2 d'autant mieux répartis que le mélange initial a été mieux fait, dans la zone des températures qu'il est ainsi possible d'atteindre. Sur le plan du cycle thermique, on constate - une plus grande facilité de traitement - d'abord à la décarbonation mais surtout l'expansion- par rapport à la chaux, grâce au fait que le S04Ca a "réfractérisé" les cendres et élargi l'intervalle ramollissement - fusion, - une excellente répartition des cellules, d'autant meilleure que le mélange cendres + plâtre a été mieux fait, - un dégagement gazeux puissant, homogène et plus discipliné que pour le CO, - avec comme résultats tangibles . des poids volumiques allant de 200 à 500 kg/m3 en vrac de très faibles porosités ouvertes : 2 à 8 ss en volume après 48 heures d'immersion . et une inertie chimique totale. Enfin, il existe un dosage particulier de gypse à incorporer dans le mélange de gypse et de cendres : en effet, il convient de limiter la proportion de gypse entre 10 et 15 % en poids de gypse deshydraté, ce qui correspond à 12 à 17 % de gypse original, car en dessous de 10 % les nodules constituées de plâtre et de cendres, après prise, deviennent vite trop fragiles pour être manipulables alors qu'au dessus de 15 % , le dégagement gazeux à l'expansion devient trop violent et les nodules éclateraient. I1 va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, qui comprend évidemment les appareillages nécessaires à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus défini et décrit, on peut apporter des modifications aux modes de mise en oeuvre dudit procédé et aux matières mentionnées. Le gypse choisi pourrait en particulier avoir d'autres origines, comme les cendres volantes ou les matiè slumino-/ res silico car onees analogues qui leurs seraient subtituables. L'invention comprend aussi les produits ainsi obtenus. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de granulats légers ì partir de matières pulvérulentes silico-alumino-carbonées par agglomération an nodules avec une substance procurant une liaison entre grains, formation d'une pâte aqueuse, bouletage et obtention de granules soumis alors à préchauffaoe, décarbonation dirigée, expansion et refroidissement an granulats allégées, caractérisé par le falt qu'on utilise à cet effet, comme liant du plâtre, dont la prisa rapide se fait à température voisine de celle de l'ambiance, pour constituer de granules que l'on soumet, après préchauffage, a une décarbonation complète, à une phase d'expansion sous des tempéra- tures variables dans un intervalle accru du fait de l'utilisation, comme gaz expanseur de l'oxygène et de l'anhydride sulfureux, résultant de la décomposition thermique du sulfate de calcium et de l'écart augmenté, entre point de ramollissement et point de fusion des granules, de la matière qui les constitue en présence de sulfate de calcIum et en l'abscence de fondant. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange de plâtre et de cendres volantes est obtenu par broyage d'ensemble des constituants. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le plStre est mélangé sous forme de grains aux cendres, lesdits grains provenant d'un ensemble de préparation du plâtre à partir de poudre de gypse artificiel agglomérée elle-meme par du plâtre et sous cette formule granulaire, cuite en 4.- Procédé selon l'une quelconque des reveûdications 1 à 3, caractérisé par le fait que la finesse de la poudre résultant du brcyage d'ensemble est de l'ordre de 100 % en poids de poudre passant à la maille de 80 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le broyat cendres et est additionné d'eau pour consti-tution de nodules, l'ajout d'eau étant fait en deux phases, l'une avant nodulaticn, l'autre pendant. Ó.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'ajout d'eau est de l'ordre de 20 à ss en poids vis-à-vis de la pâte totale, le premier stade étant de 70 ffi en poids environ, le second de 30 % en poids environ, du total de l'eau ajoutée. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendlcatons 1 à 5, caractérisé par le fait que la prise des nodules en granules est poursuivie sur transporteur passant en enceinte chauffée à température d'environ 80 C. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la prise des nodules en granules est commencée au moins par granulation à la vapeur. 9.- Procédé selon 1' une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les températures de décarbonation sont de l'ordre de 8000C. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la température d'expansion est choisie dans un domaine s'étendant d'environ 13200C à environ 14500C, selon le degré d'expansion voulu. 11.- Procédé selon 1 une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la proportion de plâtre entrant dans la composition des nodules est comprise entre 10 et 15 ss en poids des nodules. 12.- Produits obtenus par la mise en oeuvre de l'une quelconque des revendications 1 à 11.