Brevet FR2311763A1 — publié le 19761217

L'invention concerne la fabrication des matériaux de construction et a plus spécialement pour objet un procédé de fabrication de liants minéraux. A l'heure actuelle on applique couramment un procédé thermique de fabric;tion de liants minéraux, entre autres de ciment portland, dans lequel, pour obtenir ces liants minéraux, on a recours à la cuisson ou au frittage d'un mélange de matières premières approprié dans des fours à cuisson, avec mouture ultérieure du produit fritté. Les principaux inconvénients de ce procédé tiennent à ce que le processus dure souvent plusieurs heures, aussi les dépenses de combustible destiné à assurer dans les fours les températures élevées nécessaires sont-elles excessives. La température maximum des fours est généralement de t400 à 15000C. Ces derniers temps on utilise un procédé de fabrication de liants minéraux, notamment de ciment portland, en soumettant un mélange cru approprié à l'action d'un rayonnement ionisant, par exemple à l'action d'un flux d'électrons. Il ressort de la littérature publiée à ce sujet que le procédé s'effectue sous vide poussé, la dose absorbée n'étant pas supérieure à quelques centièmes de hrad/s (voir par exemple le procédé de fabrication de ciment portland faisant l'objet du brevet de la R.D.A. NO 68451, cl. 80 b, 3/12, cl. C04 b). L'avantage de ce procédé par rapport au procédé thermique réside dans le fait qu'il n'exige pas de source de chaleur extérieure et donc de combustible. Cependant l'inconvénient de ce procédé est la grande durée de la formation du liant. D'autre part, la nécessité de créer le vide dans la chambre de travail rend difficile la réalisation de ce procédé à l'échelle industrielle, étant donné la difficulté d'assurer l'étanchéité de ces chambres dans les conditions de fabrication industrielle. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients des procédés connus de fabrication des liants minéraux. On s'est donc proposé de perfectionner le procédé de fabrication de liants en faisant subir au mélange de départ l'action d'un rayonnement ionisant, en recherchant pour ce rayonnement des régimes optimaux. La solution consiste en ce que lors de la fabrication d'un liant minéral en soumettant un mélange de matières prières initial à l'action d'un rayonnement ionisant, selon l'invention on utilise un rayonnement ionisant avec une intensité de dose absorbée non inférieure à 1 Mrad/s. Ledit procédé permet d'obtenir un liant minéral dans un temps très cours allant de quelques minutes à quelques secondes seulement, sans apport de chaleurs l'extérieur et sans création de vide, ce qui permet pratiquement d'éliminer l'évacuation à l'atmosphère des gaz combustibles nocifs et des poussières. On a intérêt à chauffer au préalable à une température non supérieure à 6000C le mélange initial de matières premières avant de l'exposer au rayonnement ionisant avec les paramètres indiqués plus haut. Cela permet de réaliser une économie d'énergie sur la dose absorbée diminuée, cette économie dépassant de loin l'énergie nécessaire pour le chauffage préalable du mélange de matières premières à traiter. Ci-dessous on donne une description détaillée de l'invention, illustrée par des exemples non limitatifs de réalisation du procédé proposé et par le dessin unique annexé représentant une installation pour l'obtention de liant minéral conformément à l'invention (coupe longitudinale). Bien qu'il soit possible, avec ce procédé, d'obtenir n importe quel liant minéral, y compris toutes les variétés de ciment portland et de ciment alumineux, de liants au plâtre, à la chaud, magnésiens, dolomitiques, etc., les auteurs de l'invention ont porté leurs études essentiellement sur la fabrication du ciment portland. Les liants minéraux précités étant largement connus, de même que les compositions des mélanges de matières premières qui leur correspondent, ainsi que la séquence des opérations nécessaires à leur préparation, les auteurs del'invention ont jugé inutile de les décrire ici, d'autant plus que cela n'a aucune importance pour la mise en oeuvre du procédé proposé. Un mélange quelconque de matières premières, capable de fournir tel ou tel liant, est admis en continu dans une chambre 2 à travers un dispositif de chargement 1. Au moyen d'un convoyeur 3, le mélange se déplace à l'intérieur de la chambre 2 et passe successivement au-dessous des cylindres 4 assurant l'épaisseur requise de la couche de matières et au travers d'un flux de rayonnement ionisant, Comme rayonnement ionisant on eut utiliser les rayons gamma aussi bien qu'un flux d'électrons accélérés. La vitesse du convoyeur est choisie de façon que le mélange soit traité le plus complètement possible pendant qu'il passe au travers du flux de rayonnement ionisant. Au moyen de ce même convoyeur 3, le mélange traité, constituant le liant minéral correspondant au mélange de départ, est transporté jusqu a un dispositif de déchargement 5 et ensuite jusqu'à l'endroit de sa destination. On peut admettre dans la chambre de travail. le mélange initial de matières premières chauffé au préalable à une température non supérieure à 6000C. Ci-dessous sont décrits des exemplesoncrets de réalisation du procédé proposé, qui illustrent le caractère du choix du paramètre de l'intensité de la dose absorbée et le réglage de l'épaisseur de la couche de matière suivant la qualité du mélange initial d * tières premières. EXEXPIE 1. Obtention de clinker de ciment portland. Le mélange initial de matières premières renferme du carbonate de calcium, du gel de silice, de l'alumine, de l'oxyde de fer. La composition de ce mélange, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (% en poids) CaO total 42,27 SiO2 14,15 A1203 3,73 2 3 4,07 Pertes dues à la calcination 34,98 Le mélange indiqué, en quantité de 600 g et sous forme d'une couche de 2 g/cm2, d'épaisseur massique, subit l'action d'un flux d'électrons accélérés jusqu'à l'énergie de 4,5 Xevt avec une intensité de dose absorbée de 1 Xrad/s, dans les conditions normales du milieu ambiant (pression atmosphérique et température ambiante de 18-200C). Après un traitement de 30 mn on obtient un clinker de ciment portland ayant la composition suivante, calculée par rapport aux oxydes ( en poids) CaO total 65,17 SiO2 22,09 4 3 5,70 Fe203 6,22; Pertes dues à la calcination 0,66 Cao libre 1,2 Le clinker de ciment portland a la composition suivante (en %) d'après l'analyse pétrographique et radiographique alite 47-50 bélite 25-28 produit intermédiaire 17-20 Les e3sais physico-mécaniques du ciment provenant du clinker ci-dessus montrent qu'il possède une résistance à la compression de 430 à 495 kgf/cm2 à l'âge de 28 jours, et qu'à l'âge de 3 jours et de 7 jours il est conforme aux prescriptions de la norme britannique sur le ciment portland et le ciment portland à durcissement rapide. EXEMPLE 2. Obtention de clinker de ciment portland. Le mélange initial de matières premières, constitué par du carbonate de calcium, du gel de silice, de l'alumine, de l'oxyde de fer, a la composition suivante, calculée par rapport aux oxydes (% en poids) t CaO total 4.2,72 SiO2 13,87 A1203 3,52 pe2o3 3,02 Pertes dues à la calcination 36,87 Le mélange indiqué, en quantité de 850 g et sous forme d'une couche de 0,6 g/cm2, d'épaisseur massique subit l'action d'un flux d'électrons accélérés jusqu'à l'énergie de 1,5 àdev, avec une intensité de dose absorbée de 3,8 ioerad/s. Après un traitement de 100 s on obtient un clinker de ciment portland ayant la composition suivante, calculée ralativement aux oxydes (% en poids) CaO total 66,83 SiO2 22 ,18 A 4 03 5,44 Fe2O3 4,43 Pertes au feu 0,29 CaO libre 0,77 Le clinker de ciment portland a la composition suivante en en poids) d'après l'analyse pétrographique et radiographique alite 60 bélite 28 produit intermédiaire 8 Les essais physico-mécaniques du ciment provenant du clinker ci-dessus montrent qu'il possède une résistance à la compression de 425 à 480 kgf/cm2 à l'age de 28 jours, et qu'à l'tge de 3 jours et de 7 jours il est conforme aux prescriptions de la norme britannique sur le ciment portland et le ciment portland à durcissement rapide. EXEKPIE 3. Obtention de clinker de ciment portland. Le mélange initial renferme de la marne, de I'alumine technique, de l'oxyde de fer. Ia composition de ce mélange, calculée relativement aux oxydes, est la suivante (% en poids) CaO total 43,37 SiO2 14,66 A1203 4,29 Fe203 3,11 pertes dues à la calcination 33,95 Bye mélange indiqué, en quantité de 650 g et sous forme d'une couche de 0,5 g/cm2, d'épaisseur massique subit l'action d'un flux d'électrons accélérés jusqu'à l'énergie de 1,5 Mev, avec une intensité de dose absorbée de 4 Xrad/s, dans les conditions normales du milievQmbiant (sous la pression atmosphérique et à une température ambiante de 18 à 200C). Après traitement durant 110 s on obtient un clinker de ciment portland dont la composition, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (* en poids) CaO total 64,28 SiO2 21,83 A1203 i,80 Fie20, 4,79 pertes dues à la calcination 0,34 CaO libre 2,73 Le clinker de ciment portland a la composition suivante (en%) d'après l'analyse pétrographique et radiographique alite 67 bélite 25 produit intermédiaire 8-10 Les essais physico-mécaniques du ciment provenant du clinker ci-dessus montrent qu'il possède une résistance à la compression de 440 à 480 kgf/cm2 à l'âge de 28 jours, et qu'à l'age de 3 jours et de 7 jours il est conforme aux prescriptions de la norme britannique sur le ciment portland et le ciment portland à durcissement rapide. EXEMPLE 4. Obtention de clinker de ciment portland. Le mélange initial renferme de la marne, de l'alumine, de l'oxyde de fer. La composition de ce mélange, calculée raltivement aux oxydes, est la suivante (% en poids) CaO total 43,37 SiO2 14t66 Al203 4,29 Fe203 3,11 pertes dues à la calcination 33,95 Le mélange indiqué, à l'état comprimé, en quantité de 90 g et sous forme d'une couche de 3,0 g/cm2, d'épaisseur massique, subit l'action d'un flux d'électrons accélérés jusqu'à l'énergie de 7,8 Mev, avec une intensité de dose absorbée de 11 Mrad/s, dans les conditions normales du milieu ambiant (sous la pression atmosphérique et à une température ambiante de 18 à 200C). Après traitement pendant 50 s on obtient un clinker de ciment portland dont la composition, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (% en poids): CaO total 67,17 SiO2 21,39 Al2O3 6,12 Fe2O33 5,05 pertues due à la calcination 0,14 CaO libre 0,64 Le clinker de ciment portland a la composition suivante (fi) d'après l'analyse pétrographique et radiographique alite 65 bélite 25 produit intermédiaire 10 Les essais physico-mécaniques du ciment provenant du clinker ci-dessus montrent qu'il possède une résistance à la compression de 445 à 490 kgf/cm2 à l'age de 28 jours, et qu'à l'age de 3 jours et de 7 jours il est conforme aux prescriptions de la norme britannique sur le ciment portland et le ciment portland à durcissement rapide. ExE:IPI 5. Obtention de clinker de ciment portland. Le mélange initial renferme de la marne, de l'alumine, de l'oxyde de fer. La composition de ce mélange, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (% en poids) t CaO total 43,37 SiO2 14,66 Al2O3 4,29 Fe203 3,11 pertes dues à la calcination 33,95 Le mélange indiqués en quantité de 50 g et sous forme d'une couche de 3,0 g/cm2 d'épaisseur massique, subit l'action d'un flux d'électrons accélérés jusqu'à l'énergie de 7,8 Mev, avec une intensité de dose absorbée de 22 Mrad/s, dans les conditions normales du milieu ambiant (sous la pression atmosphérique et à une température ambiante de 18 à 200C). Après traitement pendant 25 s on obtient un clinker de ciment portland dont la composition, calculée par rapport aux oxyde , est la suivante (% en poids) : CaO total 65,78 SiOz 22,37 Al203 5,98 F6203 4,99 pertes dues à la calcination 0,19 CaO libre 0t21 Le clinker de ciment portland a la composition suivante (%) d'après l'analyse pétrographique et radiographique alite 55 bélite 33 produit intermé diaire 12 Les essais physico-mécaniques du ciment provenant du clinker ci-dessus montrent qu'il possède une résistance à la compression de 490 à 540 kgf/cm2 à l'ge de 28 jours, et qu'à l'åge de 3 jours et de 7 jours il est conforme aux prescriptions de la norme britannique sur le ciment portland et le ciment portland à durcissement rapide. EXEZIPIE 6. Obtention du clinker de ciment portland. Le mélange initial renferme comme constituants : 4zi carbonate de calcium, du gel de silice, de l'alumine, de l'oxyde de fer. Ia composition de ce mélange, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante ( en poids) : CaO total 42,72 SiO2 13,87 A1203 3,52 Fe2O3 3,02 pertes dues à la calcination 36,87 Le mélange indiqué, à l'étant comprimé, en quantité de 60 g et sous forme d'une couche de 3,0 g/cm2 d'épaisseur massique subit l'action d'un flux d'électrons accélérés jusqu'à l'énergie de 7,8 Mev, avec une intensité de dose absorbée de 20 Mrad/s, dans les conditions normales du milieu ambiant (sous la pression atmosphérique et à une température ambiante de 18 à 200C). Après traitement pendant 20 s, on obtient un clinker de ciment portland dont la composition, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (% en poids) : CaO total 67,66 SiO2 22,20 Al203 5,49 Fie203 4,70 pertes dues à la calcination 0,19 CaO libre 0,76 Le clinker de ciment portland a la composition suivante (%) d'après l'analyse pétrographique et radiographique alite 65 bélite 25 produit intermédiaire 8-10 Les essais physico-mécaniques du ciment provenant du clinker ci-dessus montrent qu'il possède une résistance à la compression de 470 à 510 kgf/cm2 à l'age de 28 jours, et qu'à l'tge de 3 jours et de 7 jours il est conforme aux prescriptions de la norme britannique sur le ciment portland et le ciment portland à durcissement rapide. EXEMPLE 7. Obtention de clinker de ciment portland. Le mélange initial renferme comme constituants : du carbonate de calcium, du gel de silice, de l'alumine, de l'oxyde de fer. La composition de ce mélange, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (% en poids CaO total 42,72 SiO2 13,87 4 3 3,52 Fe203 3,02 pertes dues à la calcination 36,87 Le mélange indiqué, à l'étant comprimé, en quantité de 50 g et sous forme d'une couche de 2,9 g/cm2 d'épaisseur massique subit l'action d'un flux d'électrons accélérés jusqu'à l'énergie de 7,8 Mev, avec une intensité de dose absorbée de 42 Wrad/s, dans les conditions normales du milieu ambiant (sous la pression atmosphérique et à une température ambiante de 18 à 20OC). Après traitement pendant 7,5 s on obtient un clinker de ciment portland dont la composition, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (% en poids) Cao total 67,36 siO2 22,27 Al2O3 5,49 Fe2O3 4,44 pertes dues à la calcination 0,19 CaO libre 0,72 le clinker de ciment portland a la composition suivante (en ) d'après l'analyse pétrographique et radiographique :: alite 66 bélite 23 produit intermédiaire 8-9 Les essais physico-mécaniques du ciment provenant du clinker ci-dessus montrent qu'il possède une résistance à la compression de 450 à 490 kgf/cm2 à l'age de 28 jours, et qu'à l'age de 3 jours et de 7 jours il est conforme aux prescriptions de la norme britannique sur le ciment portland et le ciment portland à durcissement rapide. les exemples 1 à 7 se rapportent au cas où l'irradiation est effectuée dans un flux d'électrons en provenance d'accélérateurs pouvant travailler en régime impulsionnel aussi bien qu'en régime continu. EXEMPLE 8. Obtention de clinker de ciment portland. Le mélange initial renferme comme constituants : de la marne, de l'alumine, de l'oxyde de fer. le composition de ce mélange, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (,' en poids) : CaO total 43,37 SiO2 14,66 Al2O3 4,29 Fe2O3 3,11 pertes dues à la calcination 33,95 Le mélange indiqué, à l'état comprimé, en quantité de 100 g et sous forme d'une couche de 3 g/cm2 d'épaisseur massique est chauffé à 270 C et soumis ensuite à l'action d'un flux d'électrons accélérés jusqu'à l'énergie de 7,8 Mev, avec une intensité de dose absorbée de 11 Xrad/s sous la pression atmosphérique normale ;; Après traitement durant 20 s on obtient un clinker de ciment portland dont la composition, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (% en poids) t CaO total 67,89 siO2 21,43 A03 6,13 Fe203 5,06 pertes dues à la calcination 0,33 Cao libre 1,07 le clinker de ciment portland a la composition suivante (en %) d'aprbsl'aniyse pétrographique et radiographique alite 69 bélite 25 produit intermédiaire 6 Les essais physico-mécaniques du ciment provenant du clinker ci-dessus montrent qu'il possède une résistance à la compression de 450 - 490 kgf/cm2 à l'age de 28 jours, et qu'à l'tge de 3 jours et de 7 jours il est conforme aux prescriptions de la norme britannique sur le ciment portland et le ciment portland à durcissement rapide. Ia valeur de l'énergie absorbée, compte tenu du réchauffage préalable, constitue 800 cal/g de clinker, ce qui est inférieur, d'une valeur de 400 cal par g de clinker, à la valeur obtenue dans des conditions analogues mais sans ré chauffage préalable. EXBMPIE 9. Obtention de clinker de ciment portland. Le mélange initial renferme comme constituants : de la marne, de l'alumine, de l'oxyde de fer. La composition de ce mélange, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (% en poids) CaO total 43t37 SiO2 14,66 A8:3 4,29 Fe2O3 3,11 pertes dues à la calcination 33 > 95 Le mélange indiqué, à l'état comprimé, en quantité de 80 g et sous forme d'une couche de 2,8 g/cm2 d'épaisseur massique, est chauffé jusqu'à 4200C et soumis ensuite à l'action d'un flux d'électrons accélérés jusqu'à l'énergie de 7,8 Mev, avec une intensité de dose absorbée de 22 Mrad/s, sous la pression atmosphérique normale. Après traitement durant 13 s on obtient un clinker de ciment portland dont la composition, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (% en poids) CaO total 66,73 SiO2 21,78 5,82 Fe203 5,43 pertes dues à la calcination 0,22 CaO libre 1,34 Le clinker de ciment portland a la composition suivante (en g) d'après l'analyse pétrographique et radiographique :: alite 63 bélite 25 produit intermé aviaire 12 Les essais physico-mécaniques du ciment provenant du clinker ci-dessus montrent qu'il possède une résistance à la compression de 440 à 480 kgf/cm2 à l'age de 28 jours, et qu'à l'age de 3 et 7 jours il est conforme aux prescriptions de la norme britannique sur le ciment portland et le ciment portland à durcissement rapide. La valeur de l'énergie absorbée, compte tenu du réchauffage préalable, constitue 830 cal/g de clinker, ce qui est inférieur, d'une valeur de 320 calories par g de clinker, à la valeur infériez, obtenue dans des conditions analogues mais sous réchauffage préalable. EXEMPLE 10. Obtention de clinker de ciment portland. le mélange initial renferme comme constituants : du carbonate de calcium, de l'alumine, du gel de silice, de l'oxyde de fer. La composition de ce mélange, calculée par rapport aux oxydes est la suivante (% en poids) CaO total 42,72 SiO2 13,87 A1203 3,52 Fe203 3,oe pertes dues à la calcination 36,87 Le mélange indiqué, à l'étant comprimé, en quantité de 50 g et sous forme d'une couche de 3 g/cm2 d'épaisseur massique, est chauffé jusqu'à 5400C et soumis ensuite à l'action d'un flux d'électrons accélérés jusqu'à l'énergie de 7,8 Mev, avec une intensité de dose absorbée de 20 Mrad/s, sous la pression atmosphérique normale. Après traitement pendant 20 s on obtient un clinker de ciment portland dont la composition, calculée par rapport aux oxydes, est la suivante (% en poids) CaO total 67,33 SiO2 21,97 5,62 Fe2O3 4,77 pertes dues à la calcination 0,27 CaO libre 0,93 Le clinker de ciment portland a la composition suivante (en) d'après l'analyse pétrographique et radiographique alite 58 bélite 27 produit intermédiaire 16 Les essais physico-mécaniques du ciment provenant du clinker ci-dessus montrent qu'il possède une résistance à la compression de 450 à 495 kgf/cm2 à l'age de 28 jours, et qu'à l' ge de 3 jours et 7 jours il est conforme aux prescriptions de la norme britannique sur le ciment portland et le ciment portland à durcissement rapide. La valeur de l'énergie absorbée, compte tenu du réchauffage préalable, constitue 825 cal/g de clinker, ce qui est inférieur, d'une valeur de 340 cal par g de clinker, à la valeur obtenue dans des conditions analogues sans ré chauffage préalable. EXEMPLE 11. Obtention de clinker de ciment portland. Le mélange initial renferme comme constituants : du carbonate de calcium, de l'alumine, du gel de silice, de l'oxyde de fer. La composition de ce mélange, calculée sur les oxydes, est lajsuivante (% en poids) CaO total 42,72 SiO2 13,87 A1203 3,52 Fe2O3 3,02 pertes dues à la calcination 36,87 Le mélange indiqué, à l'état comprimé, en quantité de 45 g et sous forme d'une couche de 3 g/cm2 d'épaisseur massique, est chauffé jusqu'à 560oC et soumis ensuite à l'action d'un flux d'électrons accélérés Jusqu'à l'énergie de 7,8 Mev, avec une intensité de dose absorbée de 42 Mrad/s, sous la pression atmosphérique normale. Après traitement durant 5 s on obtient un clinker de ciment portland dont la composition, calculée relativement aux oxydes, est la suivante (* en poids) : CaO total 66,93 SiO2 22,17 A1203 5,82 Fe2O3 4,47 pertes dues à la calcination 0,34 le clinker de ciment portland a la composition suivante (en ) d'après l'analyse pétrographique et radiographique t alite 63 bélite 27 produit intermédiaire 10 Les essais physico-mécaniques du ciment provenant du clinker ci-dessus montrent qu'il possède une résistance à la compression de 460 à 490 kgf/cm2 à l'âge de 28 jours, et qu'à l'age de 3 jours et de 7 jours il est conforme aux prescriptions de la norme britannique sur le ciment portland et le ciment portland à durcissement rapide. Ia valeur de 1'énergie absorbée, compte tenu du réchauffage préalableest de 940 cal/g de clinker, ce qui est inférieur, d'une valeur de 220 cal par g de clinker, à la valeur obtenue dans des conditions. analogues, mais sans réchauffage préalable. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont et donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, Si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvfe dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un liant minéral en faisant subir à unmé1are initial de matières premières l'action d'un rayonnement ionisant, caractérisé en ce qu'on opère l'irradiation ionisante avec une intensité de dose absorbée non inférieure à 1 Mrad/s. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on chauffe préalablement le mélange initial de matières premières à une température ne dépassant pas 6000C. 3. Liant minéral, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2.