Brevet FR2169368A1 — publié le 19730907

La présente invention concerne un procédé d'obtention de pâtre à haute résistance ainsi qu'un autoclave pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connatt déjà un procédé d'obtention de plâtre à haute résistance qui consiste à traiter le gypse en morceaux de 12 à 50 mm de calibre par la vapeur d'eau saturante2 sous une pression efficace de 1,2 kg/cm pendant 5 à 7h, avec séchage subséquent du matériau traité à la vapeur. L'appareil destiné au traitement thermique du gypse est un autoclave cylindrique vertical à chambre unique (voir, par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 1.901.051. Le procédé connu d'obtention de plate à haute résistance présente les inconvénients suivants. La matière première étant constituée de fractions multiples, on aboutit à un sulfate de calcium semi-hydraté a irngulier quant à la forme et à la taille des cristaux résultant du vaporisage, en raison des différences sensibles entre les vitesses de recristallisation des divers fractions. En outre, une pression de 1,2 kg/cm adoptée pour le traitement en autoclave ne permet pas de réaliser une recristallisation complète du sulfate de calcium dihydraté en sulfate calcium semi-hydraté par vaporisage. Il existe en effet un gypse naturel qui ne recristallise pas en sulfate 2 semi-hydraté, sous une pression efficace de traitement envautoclave de 1,2 kgkm, même après une longue durée. Le procédé connu n'exclut pas une baisse de température du matériau traité à la vapeur au cours du séchage jusqu'à une valeur correspondant à la stabilité thermodynamique du sulfate de calcium dihydraté, et il se forme alors dans le produit final la variété p de sulfate semi-hydrate. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients ci-dessus mentionnes. L'invention a donc pour objet un procédé d'obtention de plate à haute résistance aboutissant à un liant ayant une charge de rupture à la compression de 500 kg/cm et même au-dessus, ainsi qu'un autoclave pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui permette de régler les caractéristiques du matériau obtenu dans une gamme étendue de valeurs. Selon l'invention, dans la fabrication de plåtre à haute résistance, par traitement du gypse (pierre à plâtre) à la vapeur d'eau saturante et sous pression et par séchage subséquent, on utilise du gypse en morceaux de 50 à 60 mm de calibre, on le traite par la vapeur d'eau saturante d'abord sous une pression efficace de 1,0 à 1,4 kg/cm pendant 4 à 5 h et on le maintient ensuite sous une pression efficace de 2 à 6 kg/cm pendant 1 h 30 à 3 h, on procède après maintien sous pression, ou simultanément avec cette opération, au séchage du gypse dans la vapeur d'eau surchauffée sous une pression efficace d'au moins 0,1 à 0,2 kg/cm et à une température de la surface d'échange de chaleur de 150 à 1700C et l'an balaye ensuite le matériau desséché avec un agent de transfert de chaleur gazeux à une température de 140 à 1500C pendant 5 à 15 mn. L'autoclave destiné à l'obtention de platre à haute résistance comporte un corps cylindrique vertical équipé d'un circuit d'admission de la vapeur d'eau, qui comprend selon l'invention des éléments d'échange de chaleur pour le sechage du gypse, alors qu'à la partie supérieure et à la partie inférieure du corps sont insérées des canalisations qui mettent en communication la chambre de l'autoclave avec un circuit étanche air-vapeur comprenant un ventilateur qui chasse par un système de tubulures de la vapeur d'eau surchauffée à travers un calorifère et une couche de gypse, d'une partie de la chambre inférieure dans l'autre. L'autoclave pour l'obtention de platre à haute résistance comportant un corps cylindrique,muni d'un circuit d'admission de vapeur suivant l'invention, est réalisé avec deux chambrés disposées à la verticale qui sont réunies par un robinet à soupape de dérivation servant au transfert du gypse de la chambre supérieure dans la chambre inférieure et par une tubulure servant à égaliser les pressions dans ces deux chambres ; la chambre inférieure est munie d'éléments d'échange de chaleur et d'un circuit air-vapeur étanche réuni aix tubulures insérées dans les parties supérieure et inférieure de son corps et comprenant un ventilateur qui refoule la vapeur d'eau surchauffée par un circuit de tubulures à travers un calorifère et une couche de gypse d'une partie de la chambre inférieure dans une autre. L'invention se ramène essentiellement à ce qui suit. La taille et la forme des cristaux du sulfate de calcium semihydraté a, qui se forment au cours du vaporisage de la matière première par la vapeur d'eau saturante, sont déterminées par les caractéristiques physiques et mécaniques de laSatière première naturelle et de la vitesse de la recristallisation qui depend de la pression sous laquelle on effectue le traitement thermique et de la granulométrie de la matière à traiter. Pour faciliter la recristallisation du sulfate de calcium dihydraté en hémihydrate et garantir la qualite du liant obtenu, il convient de procéder au vaporisage sous une pression minimale (de manière que la recristallisation du sulfate de calcium dihydraté en hémihydrate se fasse sans période d'induction) et de mettre en oeuvre comme matière première du gypse en morceaux de 50 à 60 mm. On choisit la valeur de la pression de vaporisage minimale, afin de s'adapter aux caractéristiques physiques et mécaniques du gypse naturel. Si la granulométrie de celui.-ci est comprise dans les limites indiquées, elle peut varier entre 1,0 et 1,4 kg/cm efficace. On note qu'un traitement thermique effectué sous cette pression ne garantit pas une conversion complète par recristallisation du sulfate de calcium dihydraté en sulfate de calcium hémihydraté. C'est la raison pour laquelle, dans le procédé suivant l'invention, on a adopté après le traitement en autoclave sous une pression efficace de 1,0 à 1,4 kg/cm, un traitement complémentaire sous une pression de vapeur d'eau plus élevée, c'est-à-dire de 2 à 6 kg/cm efficaces.Un tel traitement complémentaire suivant l'invention étant associé dans le temps avec l'étape de séchage du matériau traité par la vapeur, la durée du cycle technologique de fabrication du liant ne se trouve pas prdongée. Les quantités de chaleur complémentaires mises en jeu servent entièrement à éliminer avec le maximum d'efficacité l'eau libre subsistant dans le matériau après vaporisage, alors qu'on réduit la pression dans la chambre de séchage de l'appareil jusqu'à. 0,1 à 0,2 kg/cm efficace. Le séchage du sulfate de calcium qui intervient après le vaporisage se déroule suivant le procédé proposé dans la vapeur d'eau surchauffée sous une pression efficace au moins égale à 0,1-0,2 kg/cm, ce qui exclut totale ment une chute de la température du sulfate de calcium après vaporisage ainsi que la formation du sulfate de calcium dihydraté secondaire. Un séchage complémentaire du produit traité, réalisé avec de la vapeur d'eau surchauffée à 150-1600C, permet d'éviter la déshydratation du sulfate de calcium semi-hydraté. I1 aboutit à un liant homogène dans l'ensemble de la capacité de l'appareil suivant l'invention. Le traitement du produit à l'air sec à une température de 140 à 1500C suivant le procédé de l'invention est indispensable pour chasser la vapeur d'eau hors de l'appareil sans condensation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe longitudinale de l'autoclave pour l'obtention de plate à haute résistance - la figure 2 représente schématiquement une vue en coupe longitudi nale d'un autre. L'autoclave représenté sur les dessins se compose d'un corps cylindrique 1 (figures 1, 2) avec la trémie de chargement 2 et l'orifice de vidange 3, d'une tubulure 4 servant à introduire la vapeur d'eau saturante dans la chambre 5 de l'autoclave, des tubulures 6 servant à évacuer le condensat de la chambre 5 de l'autoclave et d'une tubulure 7 servant à évacuer la vapeur d'eau en excès au cours du séchage. La chambre 5 de l'autoclave comprend des éléments d'échange de chaleur qui sont constitués par un système de tubes verticaux 8 réunis par des collecteurs hori.zontaux 9 et 10 Une conduite 11 insérée dans le collecteur supérieur 9 sert à l'arrivée de la vapeur vive, tandis qu'une conduite 12-montée dans le collecteur inférieur 10 est utilisée pour évacuer le condensat du circuit tubulaire 8. Des conduites 13 et 14 (figure 1), installées dans les parties supérieure et inférieure du corps 1, réunissent la chambre 5 de l'autoclave à un circuit étanche air-vapeur 15. Le circuit air-vapeur 15 se compose d'un circuit de tubulures 16, d'un ventilateur 17 et d'un calorifère 18 qui sont réunis à celles-ci. Selon une autre versas d'exécution, l'autoclave se compose de deux chambres 5 et 5' installées l'une au-dessus de l'autre et réunies par un robinet à soupape de dérivation 19 (figure 2)destiné à faire passer le gypse de la chambre supérieure 5 dans la chambre inférieure 5',eut par une tubulure 20 destinée à égaliser les pressions dans les deux chambres 5 et 5'. Dans un autoclave de ce genre, c'est la chambre inférieure 5' qui est équipée d'éléments échangeurs de chaleur (circuit de tubulures 8) et d'un circuit étanche airvapeur 15 Le circuit air-vapeur 15 est raccordé aux conduites 13 et 14 insérées dans les parties supérieure et inférieure du corps de la chambre inférieure 5'. te ventilateur 17 du circuit air-vapeur 15 sert à véhiculer la vapeur d'eau surchauffée par l'intermédiaire du circuit de tubulures 16 et à travers le calorifère B et à travers la couds de gypse, d'une partie dela chambre 5'dansuneautre et, plus précisément, de sa partie inférieure dans sa partie supérieure. En outre, ce meme ventilateur 17 et ce calorifère 18 servent à effectuer le soufflage final du gypse à l'air chaud pour éliminer la vapeur d'eau residuelle de la chambre 5'. On décrit ci-apres le procédé d'obtention de plâtre à haute résistance suivant l'invention qui est réalisé dans les autoclaves décrits ci-dessus. On place le gypse naturel en morceaux de 50 à 60 mm dans l'autoclave par la trémie de chargement 2 (figure 1). L'autoclave étant fermé d'une manière étanche, on y fait arriver par la tubulure 4 de la vapeur d'eausaturante et l'on chauffe le gypse pendant 30 à 60 mn. On évacue le condensat de la chambre 5 par la tubulure 6. Lorsque la pression dans l'autoclave a atteint 1,0 à 1,4 kg/cm efficace, on traite le gypse par la vapeur d'eau pendant 4 à 5 h. Ensuite, on fait arriver dans le circuit tubulaire 8 de l'autoclave de la vapeur d'eau saturante sous une pression de 6 à 8 kg/cm efficaces. On réalise alors le vaporisage de la matière première en meme temps que son séchage sous une pression augmentée. Après l'introduction de la vapeur d'eau, la pression dans l'autoclave atteint 2 à 6 kg/cm efficaces. Une telle élévation de pression demande 10 à 30 mn. On abandonne le matériau sous cette pression pendant 1 h 30 à 3 h, et l'on purge ensuite la vapeur d'eau en exècs par la tubulure 7. On réalise de cette façon un séchage du sulfate de calcium semi-hydraté obtenu par traitement préalable du gypse, ainsi qu'une déshydratation simultanée sous pression augmentée des variétés les plus stables du sulfate de calcium dihydraté. On est assuré d'obtenirainsila transformation complète par recristallisation du sulfate de calcium dihydraté de départ en sulfaté a hémihydraté. On ouvre ensuite le robinet à soupape 21 et on réduit la pression dans l'autoclave jusqu'à 0,1 à 0,2 kg/cm efficace. On ouvre ie robinet à soupape 22, on introduit dans le calorifère 18 de la vapeur d'eau saturante sous une pression de 6 b 8 kg/cm efficaces, on met en marche le ventilateur 17 et on soumet le gypse à un séchage complémentaire par la vapeur d'eau surchauffée à une température de 150 à 1600C pendant 4 h à 4 h 30. On évacue dans l'atmosphère la vapeur en excès qui se dégage du matériau au cours du séchage par la tubulure 7 et le robinet à soupape 21. Le robinet à soupape 23 servant à l'admission de l'air reste fermé au cours de cette période. Après le séchage à la vapeur d'eau surchauffée, on siffle le gypse et la chambre 5 de l'autoclave par de l'air à une température de 140 à 1500C pendant 5 à 15 mn. A cet effet, on ouvre les robinets à soupape 21 et 23 et on ferme le robinet à soupape 22. Le ventilateur 17 aspire l'air ambiant, l'envoie dans le calorifère 18 ; après avoir traversé la couche du matériau, l'air est rejeté dans le milieu ambiant. Le cycle technologique complet demande 12 à 14 h. Dans un autoclave suivant la seconde version, on applique le procédé comme il vient d'être décrit jusqu'au séchage du gypse. Après avoir maintenu le matériau pendant 1 h 30 à 2 h sous une pression de 2 à 6 kg/cm efficaces, on ouvre le robinet à soupape 24 (figure 2) et, en utilisant la tubulure 20, on amène à égalité les pressions dans les chambres supérieure 5 et inférieure 5' de l'autoclave. On ouvre ensuite le robinet à soupape 19 et l'on décharge le matériau traité par la vapeur dans la chambre inférieure 5' de l'autoclave. On ferme le robinet à soupape 19, on réduit la pression dans la chambre supérieure 5 jusqu'à la pression atmosphérique, on la charge de gypse et on effectue le vaporisage comme décrit plus haut. -Simultanément, on sèche le gypse dans la chambre inférieure 5' pendant 1 h 30 à 3 h, en admettant de la vapeur d'eau saturante sous une pression efficace de 6 à 8 kg/cm dans le circuit tubulaire vertical 8. On évacue dans l'atmosphère la vapeur d'eau en excès que dégage le matériau par une tubulure 7 équipée d'un robinet à soupape 21. On ouvre ensuite le robinet à soupape 21 et on réduit la pression qui règne dans l'autoclave à 0,1 à 0,2 kg/cm efficace. On ouvre ensuite le robinet à soupape 22, on envoie dans le calorifère 18 de la vapeur d'eau surchauffée sous une pression de 6 à 8 kg/cm, on met en marche le ventilateur 17 et on soumet le gypse à iin séchage additionnel à la vapeur d'eau surchauffée à 150-1600C pendant 4 h à 4 h 30. Le robinet à soupape 23, destiné à l'admission d'air, reste alors fermé. Le séchage à la vapeur d'eau surchauffée étant terminé, on souffle pendant 5 à 15 mn le gypse et la chambre 5' de l'autoclave par de l'air atmosphérique porté à une température de 140 à 1500C. A cet effet, on ouvre à fond les robinets à soupape 21 et 23 et on ferme le robinet à soupape 22. Le ventilateur 17 aspire l'air ambiant, le chasse dans le calorifère 18 et le refoule ensuite, à travers la couche du matériau, et le rejete dans l'atmosphère ambiante. En combinant simultanément les opérations de vaporisage et de séchage dans un mame autoclave, on arrive à réduire à 6-8 h le cycle technologiquede traitement thermique entre la matière première et le produit final et à augmenter ainsi le rendement de l'installation. Le matériau obtenu par le procédé-suivant l'invention est du sulfate de calcium hémihydraté à 100 %, sans tenir compte des impuretés contenues dans la matière première. Ce matériau permet d'obtenir un liant gâché d'une résistance de 500 kg/cm2 et davantage. En outre, l'autoclave suivant l'invention permet d'obtenir, selon les variantes de fabrication, du sulfate de calcium hémihydraté constitué de variété a ou B, présenté dans des proportions variées. I1 est entendu que l'invention n'est nullement limitée aux exemples de réalisation non limitatifs décrits ci-dessus à titre d'illustration et que lthomme de l'art peut y apporter diverses variantes et modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention de plate à haute résistance consistant à traiter le gypse par de la vapeur d'eau saturante sous pression et à procéder ensuite à son séchage, caractérisé en ce que l'on utilise le gypse en morceaux de 50 à 60 mm, on le traite par la vapeur d'eau saturante d'abord sous une pression de 1,0 à 1,4 kg/cm efficace pendant 4 à 5 h, on le maintient sous une pression de 2 à 6 kg/cm efficace pendant 1 h 1/2 à 3 h, on effectue le séchage du gypse à la vapeur d'eau surchauffée sous une pression au moins égale à 0,1 à 0,2 kg/cm efficace et à une température de la surface d'échange de 150 à 170cl après ltopération de maintien sous 2 à 6kg/cm efficaces ou simultanément avec cette opération, et on souffle ensuite le matériau séché avec un agent de transfert de chaleur gazeux à une température de 140 à 1500C pendant 5 à 15mn. 2. Autoclave pour la réalisation du procédé suivant la revendication 1 comprenant un corps cylindrique muni d'un circuit d'admission de vapeur d'eau, caractérisé en ce que sa chambre contient des éléments d'échange de chaleur pour le séchage du gypse, alors que dans les parties supérieure et inférieure du corps sont insérées des conduites qui mettent en communication la chambre de l'autoclave avec un circuit étanche air-vapeur d'eau qui comprend un ventilateur refoulant la vapeur d'eau surchauffée par un circuit tubulaire à travers un calorifère et la couche de gypse d'une partie de l'autoclave dans 1 'autre. 3. Autoclave pour la réalisation du procédé suivant la revendicationl comprenant un corps cylindrique muni d'un circuit d'admission de la vapeur d'eau caractérisé en ce qu'il est réalisé avec deux chambres superposées réunies par un robinet à dérivation pour le transfert du gypse de la chambre supérieure dans la chambre inférieure et avec une tubulure destinée à égaliser les pressions qui règnent dans les deux chambres, la chambre inférieure étant équipée d'éléments d'échange de chaleur et d'un circuit air-vapeur étanche qui est raccordé aux conduites insérées dans les parties supérieure et inférieure de son corps et qui comporte un ventilateur refoulant par un circuit tubulaire la vapeur surchauffée à travers le calorifère et une couche de gypse d'une partie de la chambre inférieure dans l'autre.