Brevet FR2213233A1 — publié le 19740802

La présente invention concerns la production d'articles façonnés en/nydrate de silicate de calcium. En partioulier, l'invention concerne la production de matières de ce genre à partir de chaux hydratée et de quartz, tout en reluisant à son minimum la quantité de quartz résiduel dans .e produit final. la réaction de la chaux (CaO) et de la silice (SiO2) dans des conditions hydrothermiques pour former divers hydrates de silicate de calcium est connue depuis de nombreuses années, et elle forme la base d'une industrie importante produisant des matériaux pour l'isolement thermique ou électrique, des panneaux de construction,des carreaux, des articles moulés, etc. La silice à partir de laquelle on produit ces matériaux peut entre sous diverses formes comme de la farine de silice, de la perlite ou de la diatomite.Une source courante de la silice est le quartz Cependant, lorsque l'on utilise le quartz comme la principale source ou la seille source de silice, il est impératif de réduire à son minimum la quantité de quartz résiduel dans le produit final. Dans de nombreux cas, lorsqu'on utilise le produit final du type silicate de calcium comme matériau d'isolement ou comme autre type de matériau de construction, il faut decouper ce produit à l'usine ou sur un chantier pour le mettre en place dans une structure particulière.Un tel découpage (ainsi que la rupture accidentelle moins fréquente des produits à base de silicate de calcium) engendre une certaine quantité poussière provenant du matériau découpé ou brisé Cette poussière contiendra souvent du quartz inaltéré résiduel Puisqu'il est admis que le quartz emporté par l'air constitue un risque pour la santé de ceux pouvant l'inhaler, il rat m@lntenir à son minimum la quantité de quartz contenue danu les produits à base de silicate de calcium. Un but de la présente invention est de proposer un procédé pour produire des articles façonnés ou conformes en dés hydrates de silicate de calcium obtenus à partir de chaux et de quartz et dans lesquels on réduit à son minimum la quantité de quartz résiduel dans le produit fin@ la présente invention propose un procéda our la formation d'artioles façonnés ou conformés en un ou plusieurs hydrates de silicate de calcium.Ce procédé consiste à faire réagir de la chaux et une matière contenant du quartz dans des conditions hydrothermiques en présence de vapeur dteau saturée afin de former une suspension d'hydrate de silicate de calcium,et à mouler ensuite et sécher cette suspension pour former les articles façonnés. lie procédé est caractérisé encre qu'on réduit à moins de 7 % en poids la teneur en quartz résiduel présent dans les articles façonnés en broyant la matière contenant du quartz réactif jusqu'à obtention de particules dont 98 % au moins ont moins de 0,053 mm avant la réaction avec la chaux, et en faisant ensuite réagir dans des conditions hydrothermiques la chaux et le quartz broyé, selon le schéma suivant Intervalle des dimensions Durée minimale de la réaction maximales des particules hydrothermique (en heures) de quartz # 2 % > 53 microns 6 et # # 5 % > 43 " et #30 % > 30 " et } 2 / > 50 % 1, La présente invention concerne un perfectionnement à un procédé de formation articles façonnés ou conformés en des hydrates de silicate de calcium.Ce procédé consiste à faire réagir la chaux et le quartz dans des conditions hydrothermiques en présence de vapeur d'eau saturée pour former une suspension hydrate de silicate de calcium, puis à mouler et sécher la suspension pour former les articles façonnés ou conformés. Ta présente invention comprend la réduction à son minimum de la quantité de quartz résiduel présent dans les articles façonnés ou conformés grâce au broyage du quartz devant réagir jusqu'à obtention de particules dont au moins 98 % ont moins de 53 microns, avant la réaction avec la chaux, et à faire/ensuite réagir dans des conditions hydrothermiques la chaux et le quartz broyé, selon le plan suivant des durées larges de réaction et des durées de réaction que l'on préfère davantage Intervalle des dimensions Durée minimale de la réaction maximales des particules hydrothermique (en heures) de quartz Durée conve- Durée pré nable1 férée2 # 2 % > 53 microns # 6 8 et # 5 % > 43 " # 1 % > 43 " # 4 6 et )30 % u % > 43 " # 2 4 et # 50 % > 30 " 1) moins de 7 % de quartz (en poids) dans le produit final 2) moins de 5,5 % de quartz (en poids) dans le produit final Ainsi, la quantité de quartz restant dans les articles façonnés ou conformés après la réaction de la chaux, du quartz et de l'eau pour former l'hydrate de silicate de calcium est, au maximum, inférieure à 7 % du poids du produit final. La réaction hydrothermique, dont la présente inven- tion constitue un perfectionnement, est connue en pratique et elle est décrite dans plusieurs sources de la littérature et, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis dtAmérique N 2 215 891, N0 2 665 996,-N0 3 501 324 et N 3 679 446. De nombreux détails sur ce type de réaction sont décrits dans les brevets des Etats-Unis précités et lton pourra se référer à ces descriptions détaillées. lia réaction nécessite tout d'abord la formation d'une suspension aqueuse de la chaux et du quartz que l'on fera ensuite réagir. (Les brevets précités décrivent-la réaction hydrother mique généralement en se référant à des corps siliceux destinés à réagir et en ne se limitant pas seulement au quartz. La présente invention, cependant, vise seulement l2utilisation d'une matière contenant du quartz pour cette réaction, et l'invention ntest pas applicable à lrutilisation d'autres matières- siliceuses comme la diatomite).La suspension aqueuse contient en général de 5 à 25 % de solides. le rapport molaire entre la chaux et le quartz sera compris entre 0,6 et 1,4:1. On fait réagir par voie hydrothermique cette suspension, en présence de vapeur dteau saturée, à des températures comprises entre environ 12500 et environ OCOC et aux pressions correspondantes. La réaction se produit habituellement dans un récipient capable de fonctionner sous pression)comne un autoclave. Si on le désire, la matière de type silicate de calcium que l'on forme par le traitement en autoclave peut égalementcontenir une armature fibreuse de renforcement. Lorsque les matières fibreuses sont telles qu'elles ne subissent pas dtin- fluence nuisible de la part des températures de la réaction hydrothermique, on peut ajouter ces matières fibreuses à la suspension de chaux et de quartz avant la réaction. Des exemples typiques de fibres que lton peut ajouter avant la réaction sont les fibres d'amiante et certaines formes de fibres cellulosiques.On peut ajouter à la suspension de hydrate de silicate de calcium, immédiatement après le traitement en autoclave et avant le moulage de la matière de type silicate, les fibres risquant entre endommagées par la réaction à température élevée. On peut ajouter alors des fibres organiques comme de la rayonne, du polyester, etc., et l2on peut également ajouter des fibres de verre. On peut également ajouter alors les fibres plus résistantes, comme lramiante, à la place de l'incorporation de ces fibres avant la réaction ou en plus dtune telle incorporation.En général, les fibres contenues dans le produit séché de type hydrate de silicate de calcium ntexcéderont pas 15 ffi en poids, et, de préférence leur teneur se situera entre 4 % et 10 % et, encore mieux entre 4 % et 8 00. Après la réaction hydrothermique destinée à former hydrate de silicate de calcium, on moulera et séchera la suspension contenant le produit de réaction (et toute armature fibreuse éventuelle de renforcement). On peut y parvenir par n'importe quel moyen classique comme un moulage en filtre-presse, etc. De tels stades sont classiques et nront pas besoin at expli- qués ici en détail. Cette toile de fond indique en gros le contexte du perfectionnement important qutapporte la présente invention. lorsque la chaux et le quartz constituent les matières que l2on fait réagir dans un procédé tel que celui indiqué ci-dessus, le produit de la réaction contient non seulement hydrate voulu de silicate de calcium, mais aussi une quantité considérable de quartz ntayant pas réagi. Apparemment, cela est dû à la tendance du quartz à se former en des particules cohérentes ou bien à être présent sous la forme de telles particules. Dans les conditions d'une réaction hydrothermique classique, la chaux présente ne réagit qu'avec la couche superficielle de chaque particule et elle ne pénètre d'ordinaire pas suffisamment dans la particule pour provoquer la réaction de la totalité du quartz.La présente invention, fondée sur cette découverte, propose un procédé pour améliorer très nettement la réactivité du quartz, de sorte que lton peut utiliser des conditions commodes pour la réaction hydrothermique et des durées commodes pour cette réaction afirl de former des produits du type hydrate de silicate de calcium ne contenant qutune très faible quantité de quartz résiduaire. Le perfectionnement apporté par la présente invention a trait à la fois à la dimension des particules du quartz et à la durée de la réaction hydrothermique. les combinaisons particulières qui-se sont avérées efficaces sont présentées dans le plan schématique ci-dessus. A partir d'une proportion de base donnée de quartz, on peut réduire la quantité du quartz résiduaire en diminuant la dimension des particules seulement ou bien en prolongeant seulement la durée de la réaction, ou bien en jouant sur les deux facteurs combinés.Parmi ces variantes,- on préfère agir sur la seule diminution des dimensions des particules, ou bien effectuer une combinaison de la diminution de ia dimension des particules, dune part, et d'une prolongation de la durée de réaction, dtautre part. Lorsquton utilise une telle combinaison, la diminution de la dimension des particules doit prédominer.Cela est dû au facteur pratique selon lequel lrutilisation de durées prolongées de réaction occupe pendant de plus longues périodes de temps l'équipement nécessaire à cette réaction et diminue, par conséquent, le rendement global de cet équipement La diminution des dimensions des particules nécessite un équipement supplémentaire, mais ltopération de diminution des dimensions odes particules peut s'effectuer séparément du stade de réaction et, par conséquent, il nzy a pas d-e mauvaise influence exercée suqe rendement global de ltéquipement de réaction. lies experts en ce domaine peuvent aisément déterminer l'équilibre optimal entre le degré de diminution des dimensions des particules et ltaugmentation de la durée de réaction; cet équilibre optimal se fondera principalement sur les considérations économiques Il peut même entre économiquement plus intéressant dans certains cas d'utiliser une durée de réaction légèrement plus longue et de diminuer ainsi dans une faible mesure le débit,plutôt que d'augmenter les investissementsen capital nécessaires pour diminuer encore davantage les dimensions des particules afin de former des particules ultra-fines de quartz. On peut réaliser cette diminution des dimensions des particules ou ce broyage fin par ngimporte quel moyen classique de broyage fin capable de réduire le quartz en des particules dont les dimensions stinsèrent dans les intervalles indiqués. l'équipement de broyage fin-nécessaire dans ce but est disponible à ltéchelle commerciale ou industrielle, et les experts en ce domaine connaissent bien les facteurs impliqués dans le choix d'un équipement approprié. le quartz et la chaux que l'on utilise dans le procédé de la présente invention sont des matières industrielles classiques. Divers degrés de pureté commerciale ou industrielle, allant du produit technique au produit chimiquement pur, conviennent tous bien. le degré de pureté nécessaire dépendra du degré de pureté que l'on désire obtenir dans le produit final. En général, la spécification de lthydrate de silicate de calcium à produire, concernant des facteurs comme les carac téristiques thermiques et l'intégrité physique exige un degré modérément élevé de pureté dans les corps mis en réaction, mais des considérations économiques empochent normalement l'utilisation des matières de très grande pureté. Les compositions de la présente invention contiendront de la chaux et de la silice selon un rapport molaire compris entre 0,6 et 1,4 mole de chaux par mole de silice, et, de préférence, 0,8 à 1,2 mole de chaux par mole de silice. Ordinairemuent, on formulera les compositions avec des poids approximativement égaux de quartz et de chaux. lia quantité totale de quartz et de chaux sera généralement de tordre de 85 à 96 % du poids de la composition totale, et elle représentera-de préférence environ 90 à 96 % de ce poids. Si ongle désire, une faible quantité d'un liant supplémentaire, comme la bentonite, peut être présente en des quantités dont le maximum est environ 3 - en poids et qui, de préférence, n'excède pas 2 %. les exemples suivants illustreront les meilleures propriétés des produits de la présente invention. Exemples Dans ces exemples, on prépare de la façon suivante les compositions hydrate de silicate de calcium renforcé par. des fibres. On prépare et charge dans un autoclave une suspension contenant 42,2 kg de quartz et 42,2 kg de chaux sous forme de suspensions aqueuses contenant de 5 à 15 kg d'eau par kg de solides. On soumet ensuite la suspension -à une réaction hydrothermique sous une pression de vapeur dteau de 11,55 bars et à une température environ 185 C, cependant qu'un agitateur à faible vitesse effectue une agitation continue. On continue la réaction hydrothermique pendant le temps indiqué au tableau II ci-après. Après la période de réaction, on refroidit la suspension et l'on relâche la pression de ltautoclave.On incorpore ensuite dans la suspension dthydrate de silicate de calciumS et l'on y disperse de façon poussée, par mélange, une seconde suspension aqueuse cpntenant 0,9 kg de bentonite, 0,9 kg de chaux, 2,7 kg de fibres de verre découpéeset 1,8 kg de iores de rayonne découpées, On verse ensuite dans des noules la suspension contenant les fibres et lton sèche le tout pour former les articles finals hydrate de silicate de calcium renforcé par des fibres. Après la formation finale des articles en hydrate de silicate de calcium, on détermine par diffraction de rayons X la teneur en quartz résiduel de ces articles. Dans les expériences citées ci-après, on a choisi les qualités de quartz mises en réaction parmi des fournitures de quartz disponibles à l'échelle commerciale ou industrielle. Les quatre types de quartz que l'on a utilisé ont la distribution de dimensions physiques énumérée au tableau I ci-après. Tous les pourcentages indiqués sont en poids. les deux échantillons de chaux utilisés sont également des matières du commerce. le tableau II énumère les divers lots servant aux essais expérimentaux décrits ci-après. Pour chaque échantillon, on indique la teneur en quartz résiduel après une période indiquée de réaction. lorsqu'aucun chiffre n'apparaît au tableau II, cela signifie que la teneur en quartz résiduel à cet intervalle particulier de temps n'a pas été mesurée. Comme au tableau 1, tous les pourcentages indiqués sont en poids. TABLEAU I Echantillon de % cumulé de particules ayant plus de quartz - 100 74 53 43 39 20 10 5 microns A 0,1 0,3 0,7 4,4 B 0,1 0,9 C 2 10 47 73 D 2 25 TABLEAU II Lot Quartz Chaux % de quartz résiduel au-bout de 2 4 6 8 10 heures de réaction 1 A E 24,3 12,8 6,7 5,2 5,2 2 A F -- 10,5 5,0 4,8 - 3 B E 13,8 5,9 3,6 3,4 2,8 4 B F -- 6,2 3,0 2,0 - 5 50 % B ) E 5 E -- 4,4 @,@ @,@ -50 % B ) 6 F -- 3,4 2,7 1,0 - 50 % B 7 F 6,7 3,7 1,8 1,5 - 50 % D ) 8 C F 6,0 1,9 1,2 1 - REVENDICATIONS 1. Procédé pour la formation ("articles façonnés en un hydrate de silicate de calcium,selon lequel on fait réagir de la chaux et une matière contenant du quartz dans des conditions hydrothermiques en présence de vapeur d'eau saturée pour former une suspension d'hydrate de silicate de calcium, et l'on moule et sèche ensuite cette suspension pour former les articles conformés ou façonnés, ce procédé étant caractérisé en ce quton réduit à moins de 7 % en poids la teneur en quartz résiduel présent dans ces articles façonnés en broyant la matiere contenant du quartz et destinée à la réaction, jusqu'à obtenir des particules dont 98 % au moins ont une dimension inférieure à 0,053 mm avant la réaction avec la chaux, et en faisant ensuite réagir la chaux et le quartz broyé, dans des conditions hydrothermiques,selon le programme suivant Pourcentage correspondant à Durée minimale de la réaction un intervalle maximal des hydrothermique (en heures) particules de quartz 2 % > 53 microns ) et ( 6 5 % > 43 " ( 1 % > 43 " ) et g 4 # 30 % " ( # 1 % > 43 " ) et #50 % " ( 2.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet la chaux et la matière contenant du quartz broyé à une réaction dans les conditions hydrothermiques que l'on effectue selon le programme suivant Pourcentage correspondant à Durée minimale de la réaction une dimension maximale des hydrothermique (en heures) particules de quartz #2% > 53 Microns ) ( et 8 ) # 5 % > 43 " ( $ 43 " ( et ( 6 # 30 % " ) # 1 % > 43" ( ) et 4 ( 50 50 % (30 n pour réduire la teneur en quartz résiduelle restant dans ces articles façonnés, après la réaction-de la chaux, du quartz et de l'eau, afin de former un hydrate de silicate de calcium, à une valeur inférieure à 5,5 % du poids de la composition finale. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chaux et le quartz que l'on fait réagir sont présents selon un rapport molaire compris entre 0,6 et 1,4 mole de chaux par mole de quartz. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chaux et le quartz -que l'on fait réagir sont présents selon un rapport molaire compris entre 0,8 et 1,2 mole de chaux par mole de quartz. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que , après la réaction hydrothermique du quartz et de la chaux, on incorpore dans la suspension dthydrate de silicate de calcium, une armature fibreuse de renforcement. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'armature fibreuse de renforcement comprend des fibres choisies parmi les fibres d'amiante, de verre, de rayonne, de polyester et de leurs mélanges.