Brevet FR2462402A1 — publié le 19810213

La présente invention vise un procédé de fabrication d'élé- ments de construction à partir d'un sous-produit issu de l'indus- trie des superphosphates et désigné dans ce qui suit par "phospho- gypse". Le phosphogypse est un sulfate de calcium hydraté (Ca S04,- 2H20) obtenu lors de l'attaque du minerai de phosphate par 1' acide sulfurique pour obtenir l'acide phosphorique 3 Ca3 (PO4)2 + CaF2 + lo12-S04 2 6H3 P04 + 10 Ca Sa4, 2H20 + 2HF On sait que les quantités produites de phosphogypse sont très importantes, du fait que pour obtenir 1 tonne d'acide phos- phorique, il faut traiter environ 4 tonnes de minerai de phosphate par 2,5 tonnes d'acide sulfurique conduisant à l'obtention d'en- viron 5 tonnes de phosphogypse par filtration, lequel phosphogypse ainsi obtenu se présente après filtration sous la forme d'une bouillie acide dont le PH est de l'ordre de 2 à 3. Jusqu'à maintenant le phosphogypse est utilisé principalement pour l'obtention d'un produit ci-après appelé plâtre artificiel destiné à la réalisation d'éléments de construction préfabriqués par moulage. Mais la fabrication d'un tel plâtre (semihydrate) à partir de phosphogypse en bouillie contenant 30 à 400% d'eau, né- cessite de nombreux traitements à savoir: - pour sa déshydratation une consommation très importante d' énergie de l'ordre de 52500 calories par tonne de plâtre artificiel obtenu; - pour la neutralisation de l'acide phosphorique restant et 1' élimination des impuretés solubles, il est nécessaire d'effectuer un traitement chimique; - pour l'élimination des impuretés insolubles, par tamisage, sédi- mentation, flottation, il faut avoir recours à une série de traite- ments mécaniques à l'aide d'installations et d'appareils complexes. On comprendra qu'un tel processus de fabrication de plâtre artificiel, nécessite des installations complexes ayant une cer- taine influence sur le coût final du produit obtenu; de plus les cadences de production sont relativement peu élevées en particu- lier en raison de la multiplicité d'opérations qui sont nécessai- res à l'obtention d'un plâtre artificiel en partant de phosphogy- pse en bouillie. Etant donné les grandes quantités de phosphogypse produit d' une part, et les moyens actuellement mis en oeuvre pour l'obten- tion d'un platre artificiel à partir de ce sous-produit provenant de l'industrie des superphosphates d'autre part, il s'en faut, et de loin, que tout le phosphogypse produit soit utilie. On a alors recours à un stockage sur les terre-pleins des usines de traite- ment, mais on conçoit qu'inévitablement les terre-pleins en ques- tion doivent être débarrassés régulièrement; pour ce faire on peut prévoir des fosses pour la réception du produit, ou encore trans- férer ce produit et le déverser en mer, ce qui est le cas le plus fréquent. Or cette façon de se débarrasser de quantités importantes de phosphogypse peut engendrer une pollution des nappes phréatiques, ou du milieu marin selon le cas. La présente invention a pour objet principal un procédé de fa- brication d'éléments de construction préfabriqués par moulage sous pression, en partant de phosphogypse, avec des moyens de mise en oeuvre extrêmement simplifiés comparativement à la technique anté- rieure, permettant ainsi la récupération de grandesquantités de phosphogypse, d'o il résulte qu'avec un tel procédé les inconvé- nients énoncés dans ce qui précède sont supprimés. Le procédé suivant l'invention pour la fabrication d'éléments de construction moulés à partir de phosphogypse se caractérise en ce que on incorpore à une bouillie de phosphogypse de la soude caustique en faible quantité, ainsi que du laitier granulé propre de haut fourneau, on malaxe l'ensemble dans un appareil de malaxage et le mélange ternaire ainsi constitué est fortement comprimé dans un moule approprié en fonction du profil de l'élément de construc- tion désiré. Ainsi qu'on le voit les propriétés des ajouts incorporés au phosphogypse permettent de simplifier considérablement le traite- ment de ce dernier pour l'obtention d'un produit pâteux prêt à être moulé sous forte pression pour réaliser des éléments de cons- truction, la simplification précitée résultant en particulier du fait qu'un certain nombre d'opérations intermédiaires qui étaient jusqu'ici nécessaires, telles que, repulpage du phosphogypse, cri- blage, lavage, filtration sous vide, déshydratation, se trouvent supprimées. Il convient de préciser dès maintenant que les dosages des trois constituants dans le malaxeur peuvent être ajustés en fonc- tion de l'acidité de la bouillie de phosphogypse d'une part, et en fonction des caractéristiques mécaniques souhaitées des éléments de construction à réaliser d'autre part. En d'autres termes, les dispositions selon l'invention permet- tent la récupération du phosphogypse pour réaliser, à une cadence de production élevée, des éléments de construction préfabriqués moulés avec une dépense d'énergie considérablement réduite par rapport à la technique antérieure, et avec des moyens de mise en oeuvre limités, en pratique, à un appareil de malaxage et à une presse de moulage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront d'ailleurs de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, en référence aux planches de dessins annexées dans les- quelles: la figure 1 montre, sous l'aspect d'un tableau, la technique antérieure de fabrication d'éléments de constructIon moulés'pen par- tant de phosphogypse; la figure 2 montre également sous l'aspect d'un tableau la technique de fabrication de tels éléments conformément à la présen- te invention; la figure 3 est un graphique montrant la variation de la résis- tance en compression, du produit obtenu en fonction de la pression de moulage, la composition du mélange, et du temps; la figure 4 est un graphique donnant la résistance à la trac- tion par flexion en fonction du temps, de deux produits de compo- sition différente moulés à une même pression. Le procédé selon l'invention, consiste à mélanger à de la bouillie de phosphogypse, une faible quantité de soude en solution, et à ajouter à ce mélange une quantité relativement importante de laitier granulé de haut fourneau, lequel est, de manière bien con- nue un sous-produit de la fonte. On rappellera que le laitier granulé en cause est obtenu sous sa forme granulée, lorsque, à la sortie du haut fourneau, il est refroidi brusquement par un jet d'eau froide projeté sous forte pression. Le laitier granulé ainsi traité se présente sous la forme d' un sable de granularité inférieure à O/5mm; le laitier peut être utilisé tel quelou encore après un léger broyage donnant une gra- nularité inférieure à 0/2mm. Le laitier granulé, traité par broyage, ou non traité, à la faculté de faire prise en milieu basique. Le mélange ternaire précité, -bouillie de phosphogypse-soude- laitier granulé- est réalisé dans un malaxeur 10 (figure 2)et les dosages des constituants sont variables et ajustés en fonction de l'acidité de la bouillie de phosphogypse d'une part, et en fonc- tion des caractéristiques mécaniques souhaitées des éléments de construction d'autre part. L'apport de laitier granulé de structure sableuse, au mélange phosphogypse-soude a la particularité d'accélérer le drainage de l'eau dans la masse de l'élément au moment de son moulage qui est effectué sous une pression relativement élevée, avec ou sans vi- brations, puis de procurer à l'élément, après sa prise, sous 1' action combinée de la soude et du gypse des résistances en compres- sion.- et en traction comparables à celles d'un plâtre artificiel antérieur à 28 jours, et supérieures à celles-ci au delà de cette période de temps. On constate immédiatement que, comparativement au procédé connu illustré à la figure 1, le procédé selon l'invention (figure 2) élimine pratiquement la totalité des opérations de traitements intermédiaires qui étaient nécessaires jusqu'ici, puisque l'obten- tion du produit, prêt au moulage, en partant de phosphogypse est réalisée en une seule opération. Il sera noté que l'opération de neutralisation du phospho- gypse montrée à la figure 1 est également supprimée puisqu'elle se fait, avec le procédé selon l'invention, dans le malaxeur sous 1' effet de la soude qui permet également de démarrer le phénomène de prise du laitier. Différents exemples de compositions sont donnés de manière non limitative dans le tableau ci-après. No Composition pondérale sèche du mélange en 'Y 1 80 k phosphogypse + 20 k laitier + 0,3% soude neutralisé 2 600/c phosphogypse + 40%/. laitier + 0,3 k soude neutralisé 3 605 neutralisé calcaire soude 4 8505 phosphogypse + 15 k laitier prébroyé + 0, 3% soude neutralisé 75% phosphogypse + 250/ laitier prébroyé + 0,3% soude neutralisé On notera que dans chaque exemple de composition indiquée de 1 à 5 dans le tableau précédent il s'agit de bouillie de phospho- gypse ayant déjà subi une neutralisation au cours du traitement pour l'obtention de superphosphate. On notera également que le phosphogypse subit une neutralisa- tion complémentaire lorsque, placé dans le malaxeur avec les cons- tituants ci-dessus, le mélange est brassé, cette neutralisation complémentaire étant provoquée lors du brassage par la présence de la soude nécessaire à la prise du laitier. On se reportera maintenant au graphique illustré par la figure 3 dans lequel la résistance à la compression en bars, à 28 jours, d'un platre artificiel antérieur est indiquée par la plage hachurée, tandis que les caractéristiques mécaniques des éprouvettes moulées avec des compositions différentes apparaissant dans le tableau ci- dessus, sont illustrées par les courbes indiquées de 1 à 5. On constate immédiatement que, à long terme, pour une pression de moulage des éprouvettes à 310 bars, les compositions 2 et 5, ont une résistance à la compression nettement supérieure au plâtre artificiel antérieur, tandis que les compositions 3 et 4 sont sen- siblement analogues à un tel plâtre. Une seule composition, en l'occurrence la composition 1 pré- sente une résistance à la compression inférieure au platre artifi- ciel antérieur, mais est néanmoins suffisante pour des applications particulières. Pour une pression de moulage des éprouvettes à 156 bars et à 38 jours, la résistance à la compression des compositions 2, 3 et , est sensiblement égale au plâtre artificiel antérieur, tandis que la résistance à la compression des compositions 1 et 4 sont légèrement inférieures à ce dernier. Dans le graphique illustré à la figure 4, la plage hachurée indique les caractéristiques mécaniques d'un plâtre artificiel an- térieur; ce graphique met en évidence la résistance à la traction par flexion de deux éprouvettes moulées sous pression avec les compositions préférées 2 et 5 indiquées plus avant. En lisant ce graphique on constate que les éprouvettes pré- sentent une résistance à la traction par flexion pour une pression moulage de 156 bars, des caractéristiques mécaniques égales à celles du plàtre artificiel jusqu'à 50 jours et supérieures au delà. Le procédé suivant l'invention permet donc de réaliser, avec une dépense d'énergie - limitée en pratique au malaxeur- des élé- ments de construction ayant des caractéristiques mécaniques, à long terme supérieures à celle d'un platre artificiel antérieur. Il va de soi que le produit malaxé est immédiatement transfé- ré dans un moule approprié adapté à exercer sur ledit produit une forte pression, avec ou sans vibrations, et à permettre le dr-ai- nage de l'élément de construction qui peut être creux ou plein. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation choisis et représentés lesquels peuvent au contraire être susceptiblesde modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'éléments de construction à par- tir de sulfate de calcium hydraté, résidu de traitement de phospha- te calcique, ci-après appelé phosphogypse neutralisé, caractérisé en ce qu'on ajoute à une bouillie de phosphogypse neutralisé par rapport au poids sec de la composition, de 15 à 40% de laitier de haut fourneau, de 0,2 à 0,5% de soude suivant l'acidité du phospho- gypse, et on mélange dans un malaxeur, le produit obtenu étant en- suite placé dans un moule dans lequel il est fortement comprimé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on ajoute à la composition précitée, et au cours du malaxage, un pourcentage de soude suffisante fonction de l'acidité de la bouillie, pour la prise du laitier et la neutralisation de la bouillie de phosphogypse. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on ajoute à la composition précitée de la grenette calcaire. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que la grenette calcaire est ajoutée au plus à raison de 20% en poids de phosphogypse neutralisé. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le laitier ajouté à la composition se présente sous la forme d'un sable de granulométrie inférieure à O/5mm. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le laitier entrant dans la composi- tion a subi un traitement de broyage et se présente sous l'aspect d'un sable de granulométrie inférieure à 0/2mm.