Brevet FR2224419A1 — publié le 19741031

L'invention a trait à la fabrication de gravillon synthétique. Divers agrégats minéraux ont été proposés pour la réalisation des couches superficielles des chaussées au cours de recherches effectuées sur des gravillons présentant une bonne résistance à 11 écrasement au au lissage, même après usage prolongé,et pouvant être produits de façon économique. La demanderesse a conçu une technique de fabrication de gravillon entièrement nouvelle dont l'aspect économique se compare très favorablement à celui du gravillon synthétique anti-dérapant de la qualité existante. L'invention fournit un procédé de fabrication d'un gravillon synthétique constitué par une pluralité de particules d'enrobage adhérant à la surface d'un substrat à base de roche, de laitier ou de verre, qui consiste à disperser des gouttelettes de ladite roche, laitier ou verre à l'état fondu au-dessus d'un lit agité desdites particules d'enrobage de manière à ce que les particules soient réparties autour des gouttelettes tout en restant entièrement ou en partie à l'état solide,et à refroidir ultérieurement les gouttelettes. On a constaté de façon surprenante que, par ce moyen, il se formaitun gravillon supérieur comprenant lesdites gouttelettes solidifées sous forme de substrats enrobés desdites particules d'enrobage.La roche, laitier ou verre sont de préférence choisis parmi ceux qui fondent en donnant un liquide fluide à des températures inférieures à 18000 C, de préférence entre 40000 et 170000, plus préférablement entre 8000C et 15000G. Il est souhaitable que les gouttelettes solidifiées aient une résistance au choc (telle que définie par la British Standard Spécification no 812) non supérieure à 50%, de préférence non supérieure à 35%. Suivant la nature de la roche ou du laitier, il peut être nécessaire de régler la vitesse de refroidissement des gouttelettes ou de recuire le produit par des techniques connues afin d'obtenir la valeur de choc préférée. Comme roches ou laitiers préférés, on peut citer les roches ignées et métamorphiques comme le granit, le basalte, le gabbro, le porphyre, la cornéénne et le quartzite; les roches volcanz- ques comme la lave et la ponce (du tuf ou des cendres volcaniques fusibles peuvent également être utilisés); des laitiers, par exemple les scories de déphosphoration, le laitier de haut fourneau, le laitier de cubilot et le laitier de cuivre; du verre, par exemple le verre sodique ou le calCin, des roches sédimentaires comme les schistes ou les argiles. Il peut être avantageux d'utiliser un fondant pour obtenir une roche ou du verre fondu dans la gamme de température de travail désirée. Le terme 11laitier" tel qu'il est utilisé ici désigne une matière calcaire ou siliceuse obtenue sous forme de sous-produit fondu au cours des processus métallurgiques ou par chauffage des minerais. Les particules d'enrobage devront être généralement des particules dures ou un matériau se prêtant à l'emploi comme gravillon sous forme d'agrégats. En appliquant le procédé de l'invention, il est possible d'utiliser comme particules d'enrobage de nombreux matériaux qui, auparavant, auraient été impropres à l'em- ploi dans du gravillon anti-dérapant en raison d'une résistance au polissage ou d'une taille de particule trop faible ou des deux à la fois. C'est ainsi que, dans certains cas, les particules d'enrobage peuvent se présenter sous forme d'une poudre fine d'un diamètre inférieur à 1 mm environ (ce qui signifie qu'elles passent à travers un tamis de 1 mm), par exemple un diamètre dans la gamme de 0,22 à 1,68 mm.De telles particules peuvent avoir, de manière typique, des diamètres inférieurs à 0,053 mm mais supérieurs à 3,353 mm, par exemple de 0,353 à 0,773 mm. Dans d'autres cas, il peut être avantageux, selon les caractéristiques souhaitées du gravillon, d'utiliser des particules d'enrobage d'une granulométrie de 1 à 6 mm, par exemple de 1 à 5 mm. Dans ces cas, la gamme préférée se situe entre 1,5 et 4,5 mm, par exemple entre 1,5 et 3 mm ou 2,5 et 4,5 mm. La dimension des particules d'enrobage est inférieure à celle des gouttelettes. il est préférable que le diamètre moyen des particules soit inférieur de 1/2, plus préférablement de 1/3, autrement dit de 1/10 à 1/3 du diamètre moyen des gouttelettes. Comme matériaux appropriés pour les particules d'enrobage, on peut citer les pierres naturelles comme les roches réfractaires métamorphiques et ignées, par exemple le grès métamorphique, le basalte et le granit ; les laitiers, les crunes, les résidus siliceux de four, la brique réfractaire pilée, des céramiques comme le biscuit de porcelaine et les minéraux comme les spinelles, l'alumine, le résidu de chrome, le minerai de chrome, le minerai de fer, la silice, les boues rouges et la bauxite calcinée. Les matériaux préférés sont ceux du type spinelle, par exemple le résidu de chrome, ou le grès métamorphique, le basalte ou le granit. D'autres particules d'enrobage préférées sont la bauxite fine, les mélanges spinelle/alumine, la brique réfractaire pilée, les laitiers et les particules de gravillon -synthétique obtenus par des méthodes connues. Le terme "boues rouges" s'applique au résidu de ltex- traction alcaline de la bauxite lors de l'élaboration de l'aluminium. Des boues rouges typiques ont la composition suivante : Au 203 16%; Fe203 53%; TiO2 8%; SiO2 6%; Na20 5% et CaO 3%, tous les pourcentages étant exprimés en poids. Tel qu'utilisé ici, le terme "spinelle" désigne tout mi néral possédant la structure cristalline spinelle et une formule correspondant à MgA1204 où Mg et Al peuvent etre remplacés au moins partiellement par des métaux di- et trivalents équivalents. Par exemple, un spinelle typique possède la formule (Mg(1 x)Fe=) (Al(1 y)Cry)204 où x et y ont des valeurs entre 0 et 1. Un exemple d'un tel spinelle est le minerai de chrome ou le résidu de lex- traction chimique des chromates du minerai de chrome. Ge dernier résidu, désigné ici par "résidu de chrome, se prête particulièrement bien à l'emploi dans la présente invention. Le résidu de chrome peut varier quant à la proportion de calcium présente qui dépend de la méthode d'extraction utilisée. De manière typique, le chrome est extrait par chauffage du minerai de chromite concassé avec un alcali en vue de la formation d'un bichromate alcalin qui est lixivié avec de l'-eau en laissant un résidu constitué par une matière du type spinelle. Selon un mode de réalisation préféré du nouveau procédé, les particules d'enrobage peuvent fondre en partie mais non complètement lorsqu'elles sont amenées au contact des gouttelettes fondues. On peut réaliser cette condition en s'assurant que la température des gouttelettes fondues se trouve dans le domaine de la température de ramollissement des particules d'enrobage ou que la quantité de chaleur excédentaire introduite par les gouttelettes fondues est rapidement et efficacement répartie dans une masse -suf- fisamment importante de particules d'enrobage pour l'absorber sans fusion totale. Il est préférable que le point d'écoulement de la roche ou du laitier fondu soit identique à la température médiane de la plage de ramollissement des particules d'enrobage avec une tolérance de + 1000C, de préférence de + 5000 et, dans aucun cas, il n'est préférable qu'il soit supérieur de plus de 3000C à cette température médiane. En variante, il est possible de produire du gravillon grâce à un mode de réalisation du nouveau procédé selon lequel la température de ramollissement des particules d'enrobage se situe au-dessus de la température d'écoulement de la roche, du laitier ou du verre. Dans ce cas, les particules d'enrobage sont retenues à la surface des gouttelettes solidifiées par un effet d'ancrage physique plutôt que par un effet de frittage. Pour ce mode de réalisation du procédé, il est préférable que la roche, le laitier ou le verre et les particules d'enrobage possèdent des coefficients de dilatation thermique sensiblement identiques pour que les particules d'enrobage restent incrustées après refroidissement. Dans ce mode de réalisation, il peut être particulièrement souhaitable de recuire le produit refroidi pour supprimer les contraintes qui auraient pu naître au cours du refroidissement. Il est préférable de réaliser le nouveau procédé en versant la roche ou le laitier fondu au-dessus d'un lit mobile chauf-fé de particules d'enrobage. Dans un mode de réalisation particulièrement commode, on utilise un laitier fondu provenant du four dans lequel il a pris naissance et on le coule sur les particules d'enrobage, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un creuset ou d'une poche de coulée et d'un déversoir. Parmi d'autres avantages-, ce procédé permet de réaliser des économies en conser vantez la chaleur sensible provenant du four. Les laitiers de haut fourneau et de four à phosphore sont particulièrement appropriés. On peut facilement disposer des moyens nécessaires à la transformation de la roche ou du laitier fondu en des gouttelettes ayant la taille requise. I1 est normalement suffisant de laisser simplement la matière fondue s'écouler par dessus un déversoir horizontal sur les particules d'enrobage, la taille de gouttelette résultante étant déterminée par la vitesse d'écoulement et la durée de descente. I1 est bien évident que la viscosité de la roche, du laitier ou du verre fondu peut être ajustée soit par variation de la température d'écoulement, soit éventuellement par l'addition d'un fondant approprié pour faciliter la formation de gouttelettes- de la taille appropriée.On peut au besoin favoriser cette formation en perturbant le courant de roche, de laitier ou de verre tombant, en ltobligeant par exemple à venir heurter une surface fixe ou mobile avant de tomber sur le lit ou en se servant d'un courant d'air chaud. Il est préférable que les particules d'enrobage sepré- sentent sous forme d'un lit mobile chauffé avant d'entrer en contact avec les gouttelettes fondues. C'est ainsi qu'elles peuvent se trouver dans un plateau chauffé tournant dans un plan faisant un certain angle par rapport à l'horizontale, ou dans un tambour rotatif chauffé. Les dimensions requises du lit pour assurer une dispersion uniforme dépendent de la vitesse et de l'aire d'écoulement des gouttelettes fondues, de la vitesse de rotation du lit et des quantités relatives de gouttelettes et de particules d'enrobage mises en contact par unité de temps. Avec un plateau rotatif, le produit peut être récupéré par extraction continue d'un courant de matière du lit, tamisage en vue de la séparation du gravillon plus gros des pierres partiellement enrobées et recyclage de ces derniers vers le lit. Lorsqu'on utilise un lit à tambour rotatif ou un lit à four rotatif, le produit peut être récupéré de la même manière, ou il peut être, en variante, agencé pour qu'il se produise une classification à l'intérieur du tambour afin que les gravillons puissent être séparés en continu de sa fraction plus petite. Dans ce cas, on peut également prévoir un traitement de recuit dans le tambour en établissant un gradient de température convenable sur toute sa longueur. Les gravillons préférés de l'invention sont ceux dans lesquels les substances (formées à partir des gouttelettes fondues) ont un- diamètre moyen d'au moins 1 mm, de préférence d'au moins 2 mm. Le diamètre se situe normalement dans la gamme de 1 à 4,5 mm, de préférence de 1 à 2 mm ou dans la gamme de 4 à 11 mm, de préférence de 5 à 9 mm ou dans la gamme de 10 à 25 mm, cela dépendant de la taille nominale du gravillon requis. Les substrats préférés devront avoir une dureté d'au moins 3 à l'échelle de dureté Mohs. L'invention procure une gamme de nouveaux gravillons qui satisfont généralement aux exigences variées des diverses couches superficielles pour routes. C'est ainsi que l'on peut préparer de nouveaux gravillons ayant les tailles nominales suivantes eonvenant à diverses applications : 3,2 mm, 4,8 mm, 6,4 mm, 9,5mm, 12,7 mm, 19 mm et 5,4 mm. Les nouveaux gravillons préférés pos 2 sèdent une resistance à ltecrasement d'au moins 350 kg/cm2, une dureté d'au moins 3 à l'échelle Mohs, une résistance au polissage d'au moins 45, préférablement d'au moins 65 et une résistance a l'abrasion inférieure à 20, de préférence inférieure à 12 et plus préférablement inférieure à 10. Les résistances au lissage et à l'abrasion sont toutes les deux définies selon la British Standard Specification nO 812. Selon une forme particulièrement avantageuse de l'invention, une roche ou un laitier fondu est coulé sur des éclats solides de la même roche ou du même laitier. Fait surprenant, on constate que la résistance au polissage du gravillon obtenu par ce procédé est supérieure à celle de gravillons d'une granulométrie comparable produits par un procédé conventionnel de concassage et de classification du même matériau. Il apparaît également de façon surprenante que la résistance au choc de l'agrégat (telle que définie dans la British Standard Specification nO 812) de ces matériaux est supérieure à celle de gravillons d'une granulométrie comparable obtenus par un procédé de frittage d'éclats homogènes des mêmes matériaux. L'invention est illustrée au moyen des exemples suivants. EXEMPLE 1 Du laitier de haut fourneau a été fondu dans un four à induction à 1300 C, transféré dans une poche et coulé à une température de 1200 à 13000C sur un lit rotatif chauffé de particules solides du même échantillon de laitier de haut fourneau (traversant un tamis de 3,353 mm et retenu sur un tamis de 1,204 mm).On a laissé tomber le laitier fondu d'une hauteur de 2,13 m; les particules avaient été pré chauffées à une température initiale de 200 à 5000C dans uneplaque rotative d'un diamètre de 76 cm et placée suivant un angle de 450 par rapport à l'horizontale et tournant à une vitesse de 30 t/min.; le lit de particules d'une hauteur maximale de 5,1 cm était maintenu dans un état d'agitation de mouvement constant ce qui assure un contact correct entre les gouttelettes fondues et les particules chauffées et garantit un enrobage uniforme des gouttelettes. EXEMPLE 2 On a préparé un gravillon par la méthode de l'exemple 1 en utilisant comme laitier fondu et comme particules d'enrobage du laitier de cubilot. La matière fondue avait été chauffée à 135ûOC et a été coulée entre 1200 et 130000. Le produit nodulaire ainsi forme a été mis à refroidir et, après recuit pendant 24 heures à 11000C et refroidissement lent dans le four pendant 24 heures, il s'est trouvé avoir une résistance au polissage de 68. A titre de coinnaraison, un échantillon du laitier de fouràcreuset nnnccb initial n'avait Ou'une résidu tance au polissage de 52 aprèsrecuSC Wans des conditions identiques. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de gravillons synthétiques constitués par des granules d'une roche, d'un laitier ou d'un verre fusibles comportant à leur surface une pluralité de particules d'enrobage, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on disperse des gouttelettes de la roche, du laitier ou du verre à ltétat fondu au-dessus d'un lit desdites particules d'enrobage, ce qui a pour effet que les particules sont réparties autour des gouttelettes tout en restant entièrement ou en partie à l'état solide, et qu'on refroidit consécutivement les gouttelettes pour obtenir un gravillon enrobé solide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lit de particules d'enrobage est agité. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la roche, le laitier ou le verre possèdent un point de fusion atteignant au plus 1800QC. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la roche, le laitier ou le verreposedent un point de fusion de 400 à 17000C. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la roche, le laitier ou le verre posoedt un point de fusion de 800 à 150000. 6-.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les gouttelettes solidifées possèdent une résistance au choc non supérieure à 50%. 7.-Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les gouttelettes solidifiées possèdent une résistance au choc non supérieure à 35%. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les gouttelettes solidiM6es sont recuites postérieurement au refroidissement. 9. Procédé selon llune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le substrat est un granit, du basalte, du gabbro, du porphyre, de la cornéenne, du quartzite, de la lave ou de la ponce, ou bien du laitier de haut fourneau, du laitier de cubilot ou du laitier de cuivre, ou bien un verre sodique ou du calcin, ou encore un schiste ou une argile. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérise en ce que la particule d'enrobage a un diamètre in inférieur à 1 mm. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la particule d'enrobage possède un diamètre de 70 à 10 microns. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les particules d'enrobage. ont une dimension de 1 à 6 mm. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les particules d'enrobage ont une taille de 1,5 à 4, 5 mm. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le diamètre moyen des particules d'en- robage est inférieur à la moitié du diamètre moyen des gouttelettes. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les particules d'enrobage sont constituées par des particules d'une roche réfractaire, métamorphique ou ignée, ou bien d'un grès métamorphique, de basalte ou de granit ou bien d'un laitier, ou bien d'un résidu siliceux de four, de brique réfractaire pilée ou de céramique, ou bien d'alumine, de résidu de chrome, de minerai de chrome, de minerai de fer, de boue rouge, de silice ou de bauxite calcinée. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le substrat à base de roche fondue est coulé au-dessus d'un lit mobile chauffé des particules d'enrobage. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le substrat fondu est un laitier fondu soutiré directement à partir du four dans lequel il a été formé et coulé sur les particules d'enrobage avant sa solidification. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que les particules d'enrobage se présentent sous forme d'un lit mobile dans un plateau rotatif incliné chauffé ou dans un tambour ou un four rotatif chauffé. 19. Gravillon préparé par un procédé selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'il présente un diamètre moyen d'au moins 1 mm. 20. Gravillon selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il présente un diamètre moyen compris entre 1 et 25 mm.