Brevet FR2180821A1 — publié le 19731130

la présente invention se rapporte à un procédé de traitement d'un produit lubrifiant aqueux contenant des substances tensio-actives et souillé par des matières solides, en vue de séparer ces matières solides. l'utilisation comme agents lubrifiants de savons d'acides gras dans le formage à froid des métaux, par exemple dans l'étirage, est courante. Ces produits sont en général utilisés à l'état de solutions aqueuses. On peut les utiliser sur la surface du métal nue ou sur un revêtement chimique adhérent appliqué au préalable sur la surface du métal, par exemple un revêtement de phosphate, d'oxalate, d'oxyde ou de sulfure. Dans la plupart des cas, les agents lubrifiants utilisés sont des solutions aqueuses de stéarates alcalins ou de mélanges de stéarates et de palmitates alcalins, tels qu'on les obtient à partir de l'acide stéarique "triple pression".Lorsqu'on utilise de telles solutions sur un revêtement chimique appliqué sur une surface métallique, par exemple un revêtement de phosphate de zinc, il se produit une réaction entre le savon d'acide gras et le revêtement de phosphate de zinc avec formation d'un revêtement blanc grisâtre, essentiellement insoluble dans l'eau, qui constitue une excellente couche de séparation entre la surface du métal et l'outil au cours du traitement de formage. les agents lubrifiants du type précité sont donc désignés fréquemment dans l'industrie sous le nom de lubrifiants "réactifs" à base de savons. L'application de revêtement de lubrifiants de ce type est habituellement réalisée en plongeant la surface à lubrifier dans un récipient contenant la solution aqueuse de savon. La pièce est laissée dans le bain jusqu'à formation d'un dépôt du revêtement lubrifiant sur la surface. Cependant, on a constaté qu'après une certaine durée d'utilisation, il se produisait une diminution de la réactivité du bain de lubrifiant et le revêtement d'agent lubrifiant appliqué à la surface du métal était de plus en plus difficile à sécher. On a pu prouver que ces difficultés étaient provoquées par un enrichissement du bain de lubrifiant en savons de métaux lourds.Ces savons de métaux lourds, par exemple des savons de zinc, des savons de fer et métaux analogues et également d'autres savons peu solubles comme le savon de calcium, les savons de magnésium, peuvent être formés par réaction du stéarate de sodium avec le calcium et le magnésium présents dans l'eau utilisée pour la préparation de la solution de lubrifiant ou encore par réaction avec le fer du récipient de lubrifiant lui-même ou avec le zinc du revêtement de phosphate qui existe sur de nombreuses surfaces métalliques traitées. Dans d'autres formes également du travail des métaux, en particulier dans le travail avec enlèvement de métal, des matières solides pénètrent dans le lubrifiant et nuisent à son efficacité. Pour rétablir cette efficacité et réutiliser l'agent lubrifiant, il faut éliminer les impuretés solides. Des essais d'élimination de ces impuretés, par exemple par filtration ou, spécialement dans le cas de savons de métaux lourds, par utilisation d'agents précipitants ou séquestrants et de réactifs analogues, n'ont pas été couronnés de succès. Il fallait donc antérieurement rejeter la solution d'agent lubrifiant lorsque la teneur en impuretés devenait trop forte. Selon un procédé connu, on traite un agent lubrifiant souillé, à base de savon, dans une centrifugeuse et on soumet l'agent lubrifiant débarrassé des impuretés à une désaération subséquente (Demande allemande publiée Dos. N01.594.521). Bien que ce procédé présente certains avantages, il faut prendre des précautions spéciales pour la désaération : on observe en particulier des formations considérables de mousse. La demanderesse a maintenant trouvé qu'on pouvait éviter les inconvénients mentionnés ei-dessus en traitant, conformément à l'invention, un produit lubrifiant aqueux contenant des substances tensio-actives et souillé par des matières solides en vue de séparer ces matières solides,par un procédé qui consiste à envoyer 11 agent lubrifiant à une température au moins proche de sa température d'utilisation, dans un hydrocyclone, à renvoyer à l'utilisation le produit lubrifiant purifié qui déborde et à rejeter la boue épaisse, riche en impuretés, qui sort à la pointe du cyclone. Le procédé selon l'invention est d'une mise en oeuvre simple ; comparativement au procédé décrit dans la DOS 1.594.521, il n'est pas nécessaire de procéder à une désaération et on évite donc les formations gênantes de mousse. Par ailleurs, du fait qu'ils ne comportent pas de pièce en mouvement, les hydrocyclones sont d'un fonctionnement extrêmement sûr. La purification du produit lubrifiant peut être réalisée en discontinu : on envoie alors la totalité du bain de lubrifiant au traitement selon l'invention. Cependant, dans un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention, le traitement est réalisé essentiellement en continu, par prélèvement d'une partie seulement du produit lubrifiant dans le bain et purification de la partie prélevée conformément à l'invention, qu'on renvoie ensuite par exemple dans le récipient de traitement. En opérant de cette manière et en réglant correctement la fraction de produit lubrifiant envoyée à la purification, on peut procéder d'une manière essentiellement continue à l'application du produit lubrifiant sans accumulation excessive des impuretés. Dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le produit lubrifiant aqueux est prélevé dans le bain à l'aide d'une pompe et envoyé, à une température voisine de la température normale d'utilisation ou éventuellement à une température plus forte, et sous forte pression, en direction tangentielle dans la partie supérieure de l'hydrocyclone. On obtient déjà de bons résultats à des pressions manométriques d'admission de 1 à 2 atmosphères. Cependant, pour augmenter l'effet de séparation, on peut porter les pressions d'admission à 5 atmosphères et plus. L'évacuation à la pointe du cyclone est de préférence restreinte de manière qu'il sorte à cet endroit de 0,2 à 20 parties en volume fortement enrichies en impuretés pour 1000 parties en volume de la solution de produit lubrifiant envoyées dans l'appareil ; le reste est renvoyé au bain par le conduit de débordement. les hydrocyclones sont de préférence conçus de manière que, pratiquement, toute la pression de refoulement provoquée par la pompe soit amortie dans l'appareil ; le produit lubrifiant évacué par débordement sort donc à peu près sans pression. L'installation servant à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est de conception simple. Tous les dispositifs placés à l'extérieur du bain de lubrifiant comme la pompe, les conduits, le cyclone, les vannes, etc.. sont de préférence chauffés, par exemple à l'aide d'une double enveloppe à circulation d'eau chaude ou de vapeur, afin d'empêcher les bouchages provoqués par le produit lubrifiant refroidi et, par suite, solidifié. Normalement, à l'utilisation, le produit lubrifiant présente une température d'environ 60 à 100 C. De préférence, au cours de sa purification, on le maintient dans ce domaine de température. les boues épaisses qui sortent de l'hydrocyclone contiennent en général une telle quantité d'impuretés solides qu'il faut les rejeter. Cependant, dans un mode de mise en oeuvre particulier de l'inven tion, on peut encore envoyer les boues épaisses vers un ou plusieurs hydrocyclones dans lesquels on utilise les mêmes températures. On parvient ainsi à une concentration accrue des matières solides dispersées. les boues épaisses, en dehors du produit lubrifiant aqueux entrainé, contiennent des matières solides en dispersion telles que des métaux, en particulier du fer, des hydroxydes métalliques, en particulier des hydroxydes de fer, des savons de zinc, des savons de métaux alcalino-terreux, des phosphates et des produits analogues. Dans un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, les boues épaisses sont mises à réagir avec des composés qui donnent des produits insolubles dans l'eau avec les matières tensio-actives, par exemple les savons solubles ; on peut utiliser par exemple de l'hydroxyde de calcium, du chlorure de calcium, des sels de magnésium, etc.. On obtient ainsi des boues qui ne contiennent pratiquement aucune substance nuisible dans les eaux usées et peuvent être rejetées directement sur le terrain. Si par exemple on était gêné par les anions d'acides gras, et selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, on pourrait ajouter aux boues un acide aqueux chaud, par exemple l'acide sulfurique ; les acides gras fondus flottent alors et les cations métalliques, essentiellement à l'état de sulfates, passent en solution, sauf CaS04. les acides gras peuvent être éliminés à l'état liquide à haute température ou à l'état de gâteau solide après refroidissement. On peut les détruire par exemple par combustion. La solution sous-jacente peut être ensuite neutralisée, par exemple à l'aide d'un hydroxyde de métal alcalin ou alcalino-terreux, de sorte que tous les cations gênants pour les eaux usées précipitent à l'état de boues et peuvent être séparés par des techniques connues. la solution aqueuse résiduelle est exempte de substances nocives dans les eaux usées. les opérations décrites ci-dessus montrent que le procédé selon l'invention présente des avantages considérables relativement au traitement des eaux usées. Et le fait que les bains de lubrifiants ne sont plus rejetés comme auparavant en raison de la trop forte proportion d'impuretés et peuvent être réutilisés pratiquement d'une manière illimitée, possède également des répercussions favorables sur les problèmes d'eaux usées. Le procédé selon l'invention convient tout particulièrement à l'utilisation dans les cas où l'on applique des revêtements de lubrifiants sur des surfaces métalliques avant formage et/ou dans les cas où ces surfaces métalliques sont plongées dans un lubrifiant réactif contenant des savons alcalins jusqu'à formation du revêtement recherché. Il peut s'agir de surfaces métalliques nues ou de surfaces sur lesquelles on a appliqué au préalable un revêtement chimique adhérent, par exemple un revêtement de phosphate. les produits lubrifiants consistent le plus souvent en solutions aqueuses de savons de sodium de l'acide stéarique ou de savons d'un mélange d'acide stéarique ou d'acide palmitique.Si on le désire, les produits lubrifiants peuvent également contenir des acides résiniques et/ou divers "pigments" hydrosolubles, par exemple des borates alcalins, des nitrites, des phosphates et des composés analogues. les produits lubrifiants de ce type et leur préparation sont bien connus. La durée pendant laquelle on plonge la pièce à former dans la solution de lubrifiant peut varier selon la nature de la surface à revêtir et la quantité ou le poids de revêtement qu'on veut appliquer à la surface. Dans de nombreux cas, on utilise des durées de contact d'environ 1/2 mi à 5 mn. Lorsque la pièce à former est revêtue du lubrifiant à base de savon, on observe une accumulation croissante d'impuretés à base de savons de métaux lourds dans le lubrifiant. Comme on l'a déjà indiqué, ces savons de métaux lourds sont formés par une réaction entre l'agent lubrifiant et les impuretés de l'eau utilisée pour la préparation de la solution ou les surfaces de métal à revêtir et/ou les récipients dans lesquels on conserve le lubrifiant.Fréquemment, on observe dans le lubrifiant un virage de couleur du blanc grisâtre au brun verdâtre à la suite de la forte accumulation d'impuretés ; ce changement de couleur peut fréquemment être exploité comme indication de la durée au bout de laquelle il faut procéder à une purification. La plongée dans le bain d'agent lubrifiant ou la mise en contact, par une autre technique quelconque, des pièces à travailler avec le bain d'agent lubrifiant est en général réalisée en continu. On opère de préférence de la manière suivante : pendant la période de contact, on prélève en continu une partie du produit lubrifiant dans le récipient de traitement ou dans le réservoir, on la purifie conformément à l'invention et on la réunit à nouveau au restant du bain. les arrêts périodiques d'opération et les rejets du bain de lubrifiant à la suite d'une accumulation d'impuretés ne sont donc plus nécessaires. l'application du produit lubrifiant peut être réalisée en continu, en procédant simplement à des compléments périodiques du bain de produit lubrifiant pour compenser les extractions et les entraînements de lubrifiant sur la surface métallique traitée. En outre, le produit lubrifiant est purifié de manière simple et économique sans formation de mousses importantes dans le réservoir ou le bain de traitement. T'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après donnée en référence à la figure unique du dessin annexé qui représente schématiquement, à titre purement illustratif, un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention. Dans cette figure, le récipient 1 contient un lubrifiant aqueux 2 à base de savons alcalins, chauffé par un dispositif 3 et maintenu liquide à la température de chauffage. Une pompe 4 envoie le produit lubrifiant par un conduit 5 vers un hydrocyclone 6 et la partie purifiée du produit lubrifiant est renvoyée au bain 1 par le conduit 5. Pour éviter des bouchages à la suite d'une solidification du produit lubrifiant, le conduit 5, la pompe 4 et l'hydrocyclone 6 sont équipés de dispositifs de chauffage 7 et 8. Dans le cyclone 6 il se produit une séparation du produit lubrifiant impur ; la partie purifiée est évacuée par un conduit de débordement 9 et les boues enrichies en impuretés solides sont évacuées par un orifice 10. les boues épaisses peuvent éventuellement être concentrées dans d'autres hydrocyclones Il d'où les produits de débordement clairs sont renvoyés au bain. l'exemple qui suit illustre l'invention sans toutefois la limiter. Dans cet exemple, les indications de parties et de % s'entendent en poids, sauf indication contraire. Exemple On part de pièces d'acier brutes qui ont subi une préparation au formage à froid par plongée dans un bain classique de phosphate de zinc, provoquant le dépôt d'un revêtement ; sur ces pièces, on applique un revêtement de lubrifiant par plongée de 5 mn dans une solution de lubrifiant contenant environ 60 g de stéarate de sodium par litre. La solution de lubrifiant a un vo lume de 24 litres et une température d'environ 65 à 85 C. Une partie de la solution de lubrifiant est prélevée dans le bain de traitement et refoulée vers un hydrocyclone à une température d'environ 7500. La pompe développe une pression manométrique de refoulement d'1,5 atmosphère. l'hydrocyclone utilisé a un volume d'environ 200 ml.Le débit de la pompe est de 12 1/mon, c-'est-àdire que le bain de produit lubrifiant subit une circulation complète en deux minutes. 11 orifice de sortie des boues qui se trouve à la partie inférieure de l'hydrocyclone est étranglé de manière à laisser sortir 0,9 1 de boues en 40 mn. Le rapport des débits en volume du liquide au conduit de trop-plein et des boues à la base de l'appareil est donc de 1.000 : 1,8. Après 40 mn de fonctionnement, on analyse le liquide qui déborde du cyclone et on compare avec la composition initiale du bain de lubrifiant insolubles dans le bain de lubrifiant avant passage à l'hydrocy- clone : 9,5 g/l insolubles dans le bain de produit lubrifiant après passage sa l'hydrocyclone : 6,3 g/l. insolubles dans les boues sortant de l'hydrocyclone : 84 g/l l'hydrocyclone provoque donc un enrichissement des matières solides d'environ 10 fois. L'effet de séparation se manifeste également par la couleur des produits. Le produit lubrifiant, avant passage dans le cyclone, est trouble et de couleur brun moyen ; après passage dans le cyclone, la couleur vire au jaune clair ; par contre les boues sont très troubles et de couleur très sombre. les résultats de formage obtenus avec le produit lubrifiant purifié sont nettement supérieurs à ceux obtenus avant application du procédé selon l'invention. REVENTICATIONS 1.- Procédé de traitement d'un produit lubrifiant aqueux contenant des substances tensio-actives et souillé par des matières solides, comportant une séparation de ces dernières, caractérisé en ce que l'on envoie le produit lubrifiant à une température au moins proche de la température d'utilisation, dans un hydrocyclone, on renvoie à l'utilisation le produit lubrifiant purifié qui déborde et on rejette les boues chargées en impuretés et sortant de la pointe du cyclone. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les boues obtenues au premier traitement dans un hydrocyclone sont concentrées en matières solides dispersées par passage dans d'autres hydrocyclones. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les boues obtenues sont mises à réagir avec des composés donnant, avec les savons hydrosolubles, des composés insolubles dans l'eau. 4.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on décompose les boues à chaud par un acide, on sépare les acides gras qui surnagent et on neutralise la solution aqueuse sous-jacente par un hydroxyde de métal alcalin ou alcalino-terreux afin de précipiter les cations gênants dans les eaux usées. 5.- Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, pour le traitement de produits lubrifiants contenant des savons alcalins.