Brevet FR2461687A1 — publié le 19810206

La présente invention a trait au domaine des argiles cuites tes ou chamottes et concerne tout t particulierement un nouveau matériau à base de chamotte et de charbon actif, ainsi que ses applications et un mode d'obtention. La chamotte ou argile cuite est un matériau très aRcien (rentrant dans la catégorie plus générale des céramiques) obtenu par calcination de diverses argiles et traditionnellement utilisé pour ses propriétés réfractaires. Depuis plusieurs années cependant, de nouvel les voies d'utilisation ont été ouvertes grâce à la mise au point de granulats d'argiles cuites aptes a servir de supports en milieu chimique ou biblique. C'est ainsi par exemple que l'on a préconisé l'emploi d'argiles cuites dopées par certains éléments métalliques comme supports de filtresbiologiques dans le traitement des eaux (voir brevet fraqnçais N 76.03573) Pàr ailleurs, le charbon actif est utilisé avec succès, sous diverses variétés, depuis des-dizaines d'années comme catalyseur ou support catalytique, agent absorbant de gaz, agent décolorant de liquides, pigments, etc..Plus récemment, il a etc mis en oeuvre, seul ou en association avec d'autres matériaux granulaires, comme lit de filtration pour le traitement biologique des eaux de surface ou des eaux résiduaires. Il apparait donc souhaitable de pouvoir disposer d'un ma tdriau unitaire compose à la fois, sous une forme relativement homogène, de chamotte et de charbon actif de façon a pouvoir remplir plusieurs fonctions, notamment dans les applications susvisées. L'invention vise ce but et propose, pour résoudre un tel problème technique, une solution faisant appel a des matières premières peu coûteuses et conduisant à un matériau mixte nouveau présentant de bonnes caractéristiques physico-chimiques. On sait que d'assez nombreux gisements d'argiles sont plus ou moins charges en lignite. Par exemple, on trouve couramment des gisements d'argiles kaoliniques (ou autres) renfermant 30 à-7O 7. de lignite, correspondant à la perte au feu. Actuellement, ces gisements restent souvent inexploités ou sont utilisés en petite partie-seuleL ment poids fabriquer une chamotte légère par cuisson en milieu oxydant à température supérieure à 9000C. Il Il a a maintenant été trouvé qu'en effectuant une calcination en milieu réducteur et dans certaines conditions, de cesilignites argileux, on pouvait obtenir le matériau mixte désiré : chamotte-ehar- bon actif. Selon un procédé avantageux conforme à l'invention, on calcine le lignite argileux dans un four reducténsten ménageant une montée lente en température, le chauffage étant effectue progressi @ vement jusqu'à une limite de 95000, avec palier dans l'intervalle 400 à 50000 pour l'élimination des matières volatiles du charbon. En pratique, l'opération est de préférence effectuée dans un creuset hermétiquement clos, en graphite, muni d'évents pour l'évacuation des vapeurs de composés volatils. On sait que, dans les modes connus d'obtention du charbon actif, l'activation est faite après chauffage des matières carbonées à 400-6000C en utilisant généralement comme agents activants de la vapeur d'eau ou du dioxyde de carbone. Dans le procédé de l'inven- tion, c'est apparemment l'eau de constitution du composant argileux qui joue le rôle d'activant; par exemple, l'argile kaolinique (2 Si02, Al2O3, 2H20) perd ses 2H20 vers 560 à 60000 pour se transformer en méta-kaolin (2 Si02, A1203) et cette eau agit pour l'obtention de m;-z cropores actives de charbon dans la masse en cours de calcination. La limite précitée de température, vers 95000, n'est certes pas suffisante pour assurer la transformation complète du méta- kaolin en mullite et cristoballite qui sont les constituants des chamottes. Toutefois, il semble que la présence de carbone dans le produit chauffe à côté des oxydes A1203 et Si02 soit favorable, par l'effet réducteur provoqué, à des défauts de stoechiometrie -en oxygène, ce qui conduit à l'obtention d'un produit poreux présentant une forte etectro- positivité de surface. Or de tels produits possèdent des propriétés très avanttgeuses notamment lorsqu'ils sont utilisés comme milieux de capture de bactéries ou microorganismes (voir brevet français N079.15632 de la Demanderesse). Bien entendu, si l'activation du produit final s'avère insuffisante par le processus susdécrit on peut entreprendre une activation complémentaire selon les méthodes classiques. Les principales caractéristiques des produits mixtes obtenus peuvent être résumées comme suit : la densité apparente est de l'ordre de 0,7 à 1 ; la composition chimique, dans le cas où le mate- riau de départ est un lignite kaolinique, révèle des fourchettes de carbone de 20 à 40 Z (en poids) et des proportions d'oxydes de tordre suivant Fe203 : 0,75 à 1,8 CaO + IlgO : 0,1 à 0,4 TiO2 : 0,75 à 1,8 A1203 : 20 à 35 Na20 + K20 : 0,2 à 1,8 Sii: : 20 à 40 La granulométrie est généralement comprise entre 0,1 et 10 mm pour la plupart des applications envisagées.Des essais d'absorption au bleu de méthylène ont donné des chiffres de 20 à 40 mg par g de matériau pour une teneur résiduelle nulle de la liqueur. Les nouveaux matériaux mixtes : chamotte-charbon actif selon l'invention se prêtent à de nombreuses applications, en particulier en grande partie à celles correspondant aux usages connus pour chacun des constituants essentiels. On peut citer tout specialement les milieux d'accrochage pour enzymes, les supports catalytiques pour réactions chimiques, les masses granulaires favorisant -la rétention des microorganismes, par exemple dans les lits de filtration biologique des eaux de surface ou des eaux residuaires.Certains usages peuvent ga- lement être envisagés dans l'industrie céramique pour la fabrication de bétons, pisés et materiaux analogues non façonnés destines à la sidérurgie et autres industries où l'on met en contact les céramiques avec des matériaux liquides. REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention d'un produit mixte : argile cuite (ou chamotte) charbon actif, caractérisé en ce que l'on calcine un lignite argileux dans un four réducteur jusqu a une limite de 950oC, avec palier dans l'intervalle 400 à 5000C pour l'élimination des matières volatiles du charbon. 2. Procédé selon lequel l'activation du matériau carboné du gnite est obtenue par la déshydratation de l'argile. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications l et 2, caractérisé en ce que la calcination-et l'activation sont opérées dans un creuset fermé en graphite. 4. Matériaux mixtes chamotte-charbon actif obtenus notamment selon le procédé des revendications 1 à 3 et présentant les caractéris tiques suivantes densité apparente : 0,7 a 1 granulométrie 0,1 à 10 mm ; absorption au bleu de méthylène : 20 à 40 mg par g du matériau ; composition en oxydes Fe203 : 0,75 à 1,8 CaO + MgO : 0,1 à 0,4 Ti02 : o, 75 à 1,8 Al2O3 : 20 à-35 Na20 + K20 : 0g2 à 1,8 SiO2 : à-40 proportion de carbone : 20 à 40 Z- (poids) 5. Application des matériaux selon la revendication-4 en particulier comme milieux d'accrochage pour enzymes, supports catalyti-- ques, lits de filtration biologique des eaux, céramiques spéciales pour la siderurgie.