Brevet FR2361309A1 — publié le 19780310

La présente invention est relative a un procédé d'abaissement uniformisé du pouvoir de rétention d'eau du sable pour verrerie. Dans l'industrie verrière, on utilise en tant que matière mremière, du sable de carrière peu ferruoineux. Ce sable contient habituellerrent une certaine quantité d'eau qui varie en fonction de sa granulom.étrie, de son tassent, des opérations d'extraction et de traitement qu'il a subi ainsi que de la température et de l'humidité atmosphérique. Ces variations de teneur en eau sont parfois fort importantes et peuvent apparaître d'un endroit à l'autre d'un même arrivage de sable et aussi entre différents arrivages. La présence d'une quantité de quelques pourcents d' eau dans ce sable exige en vue de la fusion une quantité anprd- ciable de calories sans effet utile, d'autre part, les variations de la teneur en eau d'un endroit a un autre, malgré l'utile lisation de mélangeurs, provoauent d'un endroit a un autre de la composition, des inhomogénéités hautement préjudiciables à la continuité de la fusion dans le four de verrerie et à l'horo- généite du verre élaboré.On sait en effet que le mélange des constituants d'une composition de verre doit se faire de façon intime de façon a ce que les diverses phases solides soient en contact et ce, dans les proportions voulues, afin de réaliser le début de la fusion à une température constante et aussi de maintenir l'homogénéité chimique du mélange fondu. Des diffé- rences infimes de concentration des matières premières telles que le sable, occasionnent des défauts dits "de pâte" qui se traduisent dans le verre élaboré par des variations d'épaisseur intempestives, des variations d'indice de réfraction, voire re- me par des "pierres" constituées de matériaux infondus. D'autre part, il se fait qu'à humidité élevée, le sable s'écoule mal ce nui entrarne aussi l'apparition de problèmes de ranutention. Il existe plusieurs manières de remédier a ces inconvénients. La plus simple est d'allonger le temps de décanta- tion du sable mais cela impose une grande capacité de stockage. Une autre manière consiste à sécher le sable avant son utilisatison mais il est évident qu'un tel procédé augmente considérable- ment le prix de la ratière première. La présente invention a pour objet d'éviter de Ç- çon trés simple et peu conteuse les inconvénients décrits cidessus et liés d la présence d'eau répartie de façon non uniror- me dans un sable de verrerie. Selon un premier aspect de la présente invention, on ajoute au sable, un produit tensioactif R raison de moins de grs de matière active par tonne de sable. On a constaté nue si l'on mouille abondamment au moyen d'eau, un tas Épais de sable, on recueille a la base du tas, apres un temps relativement important une certaine quantité d'eau qui est en tous cas, inférieure a la quantité 'eau de mouillage, on a constaté également que l'eau retenue par le sable n'était pas repartie uniformément dans toute la manse, même si l'on attend un temps suffisant pour atteindre l'équilibre. D'une manière générale, il existe en surface du tas une couche de faible épaisseur a humidité très faible, probablement par suite de l'évaporation superficielle.L'humidité des couches sous la couche superficielle s'accroît forten!ent avec la profon- deur de celles-ci, de sorte que la différence entre les teneurs en eau de la couche superficielle et la couche inférieure peut atteindre et rrerre dépasser 25 % (les teneurs étant mesurées en kg d'eau par kg de matière sèche). Lorsque l'equilibre est atteint, l'humidité varie d'un endroit a l'autre de. la masse, comme dit ci-dessus. Si cette masse est sous la forme d'un tas parallélépipédique par exemple, les surfaces d'égale humidité seront sensiblerent des plans hnrizontaux et l'humidité sera de plus en plus élévée au fur et à mesure que l'on considère des couches de plus en plus profondes D'autre part, si l'on superposait au hasard des couches plus ou moins humides, mais qui chacune ont atteint leur équilibre, plus aucun échange n'a pratiquement lieu dans la suite, autrement dit, une couche hun!ide n'a aucune tendance sensible à s'assécher, meme si elle est en contact direct avec une couche moins humide. Le pouvoir de rétention d'eau de la matiè- re n'est donc guère modifié par la superposition de couches al- ternativement humides et sèches, ce qui a nécessité jusqu'à présent de procéder à un mélange très méticuleux. De façon surprenante, on a constaté qu'en ajoutant au sable une quantité de produit tensioactif aussi faible que moins de 5 gr par tonne de sable, le sable ainsi traité rosst- de des caractéristiques nouvelles. On constate d'abord que son pouvoir de rétention: d'eau (c'est-a-dire le rapport du poids de la quantité d'eau retenue au poids du sable sec qui retient cette eau > est abaissé, de sorte que lorsque l'équilibre est obtenu, la quantité d'humidité retenue est moindre qu'en l'absence d'application du procédé. On remarque également que le pouvoir de rétention d'eau est uniformisé dans toute la masse de sorte que lthuniditd des diverses couches se stabilise à une valeur sensiblement constante tandis que les variations d'humidité d'une couche à l'autre sont pratiquement nulles. On A également constaté que l'état d'équilibre cu stabilisation de l'himidité au sein de la masse était obtenu après un temps nettement inférieur à icelui qui serait nécessaire en l'absence du produit tensioactif. En dehors de ces avantages du procéda selon l'invention, il faut encore noter que le traltement selon la présente invention n'affecte en rien les propriétés du sable en tant que matière première pour le verrerie. Le sable pour verrerie provient de carrières où il est généralement extrait, lavé puis classé par ordre granulorré- trique. Le sable ayant subi ces traitenents est ensuite arné sur une chaine ou une courroie transporteuse d'out il est projeté en tas ou dans des silos de stockage. Enfin, le sable est transporté vers la verrerie oft il sera utilisé. On peut ajouter le produit tensioactif aux eaux d'extraction du sable ce qui permet de disposer, après l'ex- traction, d'une masse pulvérulente contenant un produit tensin- actif intimement dispersé ; on peut ajouter le produit tensioactif aux eaux de lavage ; on peut encore ajouter le produit tensioactif soit avant soit au moment du stockage ; on peut par exemple disposer au-dessus du sable lors de sa mise en tas ou en silo, un distributeur répartissant régulièrement le produit ten sionctif sur le sable.On peut aussi constituer le tas au moyen de fines couches superposées entre lesquelles on ajoute, par exemple par aspersion ou pulvérisation, la quantité requise de produit tensioactif ou bien on peut encore répandre uniformément le produit tensioactif sur la couche supérieure du tas de sable. On peut aussi ajouter le produit au sable préalablerent disposé sur une aire fixe de stockage. Dans ce cas, il est utile de pré- voir des dispos;tifs de drainage ou d'absorption de la phase liquide qui s'écoùle du sable, par exemple une fosse de décanta- tion. On peut aussi ajouter le produit tensicactif au sable pendant le transport de celui-ci sur véhicule. On peut par exemple, additionner le produit tensioactif pendant le chargement du véhicule, ce qui permet un mélange intime du produit au sable pendant le remplissage du véhicule, soit en surface du sable lorsque le véhicule est rempli. On peut alors évacuer la phase liquide qui sécoule du sable pendant son transport, au moyen d'équipements' spécialement prévus à cet effet et dont est pourvu le véhicule. Selon un second aspect de la présente invention, on ajoute un produit tensioactif au sable alors qu'il contient de 20 à 35 t en poids d'eau. On a constaté qu'un tel traitement selon l'invention permettait également de conférer au sable un abaissement de son pouvoir de rétention d'eau ainsi qu'une uniformisation de celui-ci au sein de toute la masse de sable. Ce procédé selon l'invention permet en outre de réduire et d'uniformiser le taux d'humidité du sable en un temps très court. Dans les procédés habituellement utilisés dans les carritres de sable, lorsque celui-ci 8 été classé par ordre granulométrique, il est transporté vers une aire de stockage. L'humidité du sable lors de ces opérations est généralement de l'ordre de 20 à 35 %, on peut donc avantageusement additionner le produit tensioactif au sable lors de ces opérations, sans perturber en rien le processus habituel d'extraction et de stoc kage du sable. Le produit tensioactif ajouté au sable peut se pré- senter sous forme d'une poudre finement divisXe, d'une solution ou d'une suspension.. Lorsque la matière active est additionnée au sable, l'humidité primitivement prisonnière du sable.ruisselle, entraInant avec elle une partie de cette matière et la phase liquide formée va s'accurruler dans les couches infFrieu- res du sable. Il suffit dès lors d'éliminer cette phase liquide par exemple par débordement si le sable est contenu dans un bac ou par drainace ou par absorption dans une couche sous-jacente. I1 est également possible de récupérer la phase liquide qui s'écoule du sable et qui contient du produit tensioactif, de manière a ce que celle-ci puisse etre réutilisée après réajustement de la teneur en matière active. Préférentiellement, le produit tensioactif utilisé est biodégradable. Ceci est particulièrement important dans les cas oh la phase liquide issue du sable et contenant u faible pourcentage de matière active s'écoule dans le sol ou s 'écoule dans des rivières ou des étangs. L'utilisation d'un produit tensioactif biodégradable permet le rejet des eaux d'écoulement issues du sable traité, sans risque d'être une source de roliution. ne préférence, le produit tensioactif qui est ajouté au sable possède une biodégradabilité d'tu moins 80 %; ce qui est particulièrement utile si la phase liquide issue de sable traité doit être déversée dans la nature, surtout c'ans les régions où les eaux de ruissellement alimentent des nappes aquifères servant de réserve d'eau potable. L'invention se comprendra mieux et l'on en eppre- ciera les avantages à la lecture des exemples non limitatifs exposés ci-dessous. Exemple 1. Du sable pour verrerie, pauvre en oxyde ae fer (contenant moins de 0,03 % de Fe2O3) est extrait dans une carrière. L'extraction se fait sous eau par une suceuse et le sable est envoyé ensuite dans un classificateur i contre-courant. L'analyse granulométrique du sable était la suivante diamètre % en poids plus de 0,5 mm 0,1 % de 0,5 a 0,3 mm 10,3 % de 0,3 à 0,1 r'm 89,3 % moins de 0,1 mm 0,3 % Ce sable passe ensuite par un épaississeur à raclette et est amené sur une courrnie transporteuse o il se présente, sous forme d'une pulpe contenant de 25 à 30 % en poids d'eau. Cette pulpe quitte la courroie transporteuse pour être projetée en tas sur un sol. perméable. Avant de quitter la courrote transporteuse, on ajoute au sable une faible quantité de produit tensioactif. On utilise à cet effet, une solution diluee d'un agent tensioactif de marque Tensia. Le produit choisi est le Tensophene H 10. Il s'agit d'un étherpolyglycolique de nonylphénol qui est vendu sous forme d'un liquide contenant 100 t de matière actIve. On dilue le Tensophene dans de l'eau de rianie- re 3 obtenir une sclution contenant 5 en poids de titre ac- tive. En pratique, on prépare dans un récipient, 200 1. d'une telle solution que l'on pulvérise sur le sable et pendant que cette solution est utilisée, on et en préparation dans un deuxième récipient, 200 litres de solution. La solution est pulvérisée sur le sable humide a raison de 3 gr de matière active par tonne de sable. ne produit tensioactif utilisé est tu type non ionique. Sa biodégradabilité est supérieure à 80 %. Celle-ci a été évaluée par EMPA (Eidgenössische Materialprüfungs - und Versuchsanstalt fur Inc,ustrie,Bauwesen und Gewerbe - St Gallen Suisse) selon une méthode mise au point par cet organisme et qui fait appel a la mesure de la décroissance de la tension superficielle d'une solution contenant l'agent tensioactif au cours du terrps, en présence de certaines bactéries. On a mesuré l'humidité du sable à sa livraison à la verrerie, après un transport effectué par canions. Cette mesure est effectuée a l'aide d'une sonde sensible aux variations de conductibilité électrique. Sur 256 mesures effectuées dans différents arrivages, on a obtenu les résultats suivants 79 mesures indiquent une humidité inférieure a 3,5 % 138 mesures indiquent une humidité inférieure a 4 % 39 mesures indiquent une humidité égale ou supérieure à 4 , avec un maximum de 4,8 %. Des measures identiques avaient été effectuées à l'arrivée de carrions de sable ayant été extrait, stocké et transporté dans des conditions identiques pis n'avant pas été traité au moyen d'un produit tensioactif. Dans ce cas, le nouvoir de rétention d'eau était beaucoup plus élevé et il était courant de trouver des humidités de 7 A 9 %. Une telle humidité rend le sable impropre a son utilisation immédiate dans le four de verrerie et nécessite un temps de décantation supplémentaire impliquant des installations de stockage prévues spécialement à cet effet. On a également prélevé des échantillons du sable ayant subi le traitement qui vient d'être décrit, dans la char bre a composition, au moment de la vidange ries trémies peseuses. L'humidité des échantillons a été mesurée par gravimétrie. On a observé, sur une centaine d'échantillons prélevés pendant plusieurs jours, des écarts d'humidité de l'ordre de 0,2 % ce qui témoigne de la bonne uniformité du pouvoir de rétention d'eau du sable traité. Ceci montre également que les variations d'humidité qui étaient observées a l'arrivée du sable se sont estampées en un temps qui correspond au délai d'utilisation normal en verrerie, sans nécessiter de temps de décantation supplémentaire, comme c'était le cas pour le sable non traité. A titre de variante, on a remplacé le Tensophene H 10 par un autre produit de la firme Tensia : le Tensaryl S B 70 P. I1 s'agit d'un produit a base d'alkylbenzène sulfonate qui se présente sous forme d'une pate contenant 70 % de matière active. Ce produit est biodégradable. On a mis cette pâte en solution dans de l'eau et pulvérisé la solution sur le sable. De même, a titre de variante, on a encore utilisé du Tensianol qui est un produit complexe également fourni par Tensia. Il se-présente sous forme d'une pâte contenant de l'ordre de 70 % de matière active. Ce produit est biodégradable a 80 z aux termes de la législation allemande (méthode de Husmann). On a procédé comme précédemment en dissolvant cett pâte dans de l'eau et en pulvérisant la solution ainsi obtenu, sur le sable. Un abaissement et une uniformisation du pouvoir de rétention d d'eau semblables a ceux obtenus avec le Tensophene if 10 ont été obtenus en ajustant la concentration en matière active dans la solution de manière à former des solutions dont l'activité était identique à celle de la solution de Tensophene H 10 utilisée ci-dessus. Exemple 2. Du sable pour verrerie est extrait dans une carrid- re. Après lavage, il subit un classertent granulométrique par un système de tamis et de cyclone. I1 se présente alors sous forme d'une pulpe très humide. Le sable choisi avait la granulométrie suivante diamètre % en poids, plus de 0,7 mm 0,7 % de 0,7 à 0,5 mm 21 % de 0,5 à 0,3 mm 70 % de 0,3 à 0,1 mm 8 % moins de 0,1 mn 0,3 % La pulpe est amenée au moyen d'une vis élévatrice et d'une courroie transporteuse vers l'aire de stockage. Le long de ce parcours, le sable s'égoutte, perdant une partie de son humidité. Au moment où le sable arrive sur la courroie transporteuse, il contient encore de l'ordre de 20 % en poids d'eau et on lui ajoute une faible quantité de produit tensioactif. Le produit utilisé est le Tensophene H 10 de la firme Tensia. Celui-ci est mis en solution de façon identique à ce qui est mentionné à l'exemple 1. Le sable humide est projeté sur un tas constitué sur un sol perméable. Pendant les 14 heures qu'à duré la constitution d'un tas, on a pulvérisé la solution sur le sable humide à raison de 10 gr de ratière active par tonne de sable. Pendant ce tempos, on a constitué un deuxième tas de sable identique mais constitué, lui, de sable non traité par un produit tensioactif. On a mesuré l'humidité du sable dans les deux tas au moyen d'une sonde. Ces mesures étaient effectuées en mene temps dans les deux tas et à des endroits géométriquement sein blables dans les deux tas. On a constaté qu'après 15 heures d'égouitage naturel du sable non traité on n'avait pas encore atteint le degré de drainage obtenu après 7 h d'égouttage du sable traité par le produit tensioactif ce qui résulte d'un pouvoir de rétention d'eau plus élevé. On a égalerent constaté qu'on obtenait une grande homogénéité dans les couches de sable situées a 40 crr au-dessus du sol, après 9 heures d'égouttage du sable traité. Cette homo- généité était observée jusqu'aux couches inférieures après 13 heures d'figouttage. La stabilité des teneurs en humidité du sable et l'uniformité de son pouvoir de rétention d'eau étaient confirmées nar des prélèvements effectués après 15 heures. Le sable avait à ce moment une teneur moyenne en humidité inférieu- re à 5 %. Le sable non traité, par contre, ne présentait aucune répartition uniforme de l'humidité au-travers du tas après 15 heures d'égouttage. Exemple 3. On extrait dans une carrière, du sable pour verre rie qui est ensuite lavé et classé par ordre granulométrique dans un hydroclasseur. Sa granulométrie était identinue à cello indiquée a l'exemple 2. A la sortie de l'hydroclasseur, on obtient un z lange constitué de 1 part de sable et de 3 parts d'eau, en volune. Ce mélange va alinenter une fosse de drainage de 33 m de lony et 14 m de large pouvant contenir sur une hauteur de 3 n environ une quantité de 1.600 T de sable à 5,5 % d'humi- dité. ta fosse avait 3a forme d'un tronc de pyrarride dont la petite base constitue le fond, lequel est garni de filtres. On remplit la fosse en 12 h environ. Pendant le remplissage de celle-ci, une Partie de l'eau est évacuée par débordenent au-dessus des barrages des aclusettes latérales de la fosse. Le drainage du sable à lieu principalement par les filtres dont est muni le fond de la fosse. On a ajouté, après remplissage de la fosse, une certaine quantité de produit tensioactif en recouvrant le contenu de la fosse au moyen d'une solution aqueuse de Tensophene H 10.La quantité de tensioactif utilisée correspondait à environ 3 gr de matière active par tonne de sable a traiter. La pénétration de l'eau de dilutior nécessaire a la bonne répartition du produit tensioactif sur toute la surfa- ce du sable a duré un peu moins de 3 h, ce qui normalement constituerait un retard par rapport à un drainage sans ajout de tensioactif. Toutefois, l'effet du tensioactif compense largement ce retard. On a effectué des sondages en profondeur au sein du sable, a divers moments pendant son drainage et on a comparé les humidités relevées à celles observées dans une fosse identique remplie dans les mêmes conditions nais ne contenant aucune matière tensioactive. De même, on a mesuré les huimidités d'échantillons prelevGs pendant le chargement de silos pour canions et de bateaux au moyen de sable provenant de cette fosse et on les a comparées aux humidités d'échantillons semblables du sable n'ayant pas été traits par le produit tensioactif.Ces résultats sont reporté au tableau suivant Opération heures de drainage % d'humidité sable non sable sable non sable traité traité traité traité chargement de 80 T de sable 17 10 4,5 dans un silo pour camions sondage jusque 1,20 m 20 12 4,62 @,57 1,60 m 4,75 3,86 1,90 m 4,90 4,16 2,30 m 5,75 4,58 chargement d'un bateau avec les 21 14 5,1 3,7 couches supérieures du sable chargement d'un 22 17 6,1 4,6 bateau avec une couche plus profonde chargenent d'un 27 22 9,8 7,4 bateau avec le fond de la fosse On constate que cheque opération effectuée avec le sable non traité nécessite une durée d'égouttage plus longue qu'avec le sable traité et donne un pourcentage d'humidité plus élevé que le sable traité. En moyenne, on obtient un gain cie temps de l'ordre de 6 h pour ces différentes operations et un gain en humidité Qe l'ordre du pourcent, ce qui témoigne de l'abaissement du pouvoir de rétention d'eau du sable traité. Les sondages effectués 3 différents endroits et à différentes profondeurs dans la fosse ont également r:ontrê que le pouvoir de rétention d'eau était plus uniforme dans le cas du sable traité. REVENDICATIONS 1. Procédé d'abaissement uniformisé du pouvoir de rétention d'eau de sable pour verrerie caractérisé en ce que l'on ajoute au sable un produit tensioactif à raison de moins de 5 gr. de matière active par tonne de sable. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on ajoute un produit tensioactif au sable alors qu'il contient de 20 a 35 % en poids d'eau. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit produit tensioactif est biodégradable. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce-que ledit produit a une biodégradabilité d'au moins 80 %.