Brevet FR2492688A1 — publié le 19820430

La présente invention concerne un procédé de nettoyage superfi- ciel de petits morceaux de cristal de quartz par action d'acide fluorhydrique aqueux, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. Les morceaux de cristal de quartz utilisés pour la production de pièces moulées vitreuses sont souvent souillés en surface par des minéraux silicatés étrangers. Ces minéraux étrangers se dissolvent beaucoup plus rapidement que le quartz pur dans de l'acide fluorhy- drique aqueux. Pendant un séjour suffisant de tels morceaux de cristal de quartz souillés dans de l'acide fluorhydrique aqueux, les minéraux étrangers sont par suite totalement dissous, tandis que seule une couche superficielle d'épaisseur minimale des morceaux de cristal de quartz est éliminée. Cette observation est mise à profit dans l'in- dustrie pour le nettoyage superficiel de morceaux de cristal de quartz. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n0 24 31 928 décrit un procédé pour débarrasser le sable de silice de diverses impuretés, et notamment de composés du fer. Le sable de silice et l'acide fluorhydrique aqueux sont mélangés dans un réacteur à température élevée, puis séparés dans un filtre. Dans ce procédé, de l'acide fluorhydrique aqueux, propre et frais, agit sur le sable souillé, mais est consommé par la formation de com- plexes et notamment d'acide fluosilicique pendant le nettoyage. Par suite de la diminution constante de la concentration en acide fluor- hydrique, il y a donc lieu de craindre que ce procédé ne permette pas une élimination totale et certaine de morceaux assez gros de minerais étrangers sur les morceaux de cristal de quartz. L'invention a pour objet un procédé qui, indépendamment de la taille des morceaux de cristal de quartz à traiter, garantit une éli- mination certaine des minerais étrangers adhérant à la surface. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les mor- ceaux de cristal de quartz sont introduits dans un transporteur o ils sont entraînés avec rotation, à contre-courant d'un écoulement continu d'acide fluorhydrique, qui traverse aussi le transporteur continûment, vers le point d'alimentation en acide, puis évacués du transporteur. Il s'est révélé avantageux d'introduire continûment les morceaux de cristal de quartz dans le transporteur, de les faire circuler con- tinûment dans ce dernier, de les diriger vers le point d'alimentation en acide fluorhydrique, puis de les évacuer continûment de l'acide fluorhydrique aqueux, afin que le temps de séjour des divers morceaux de cristal de quartz dans l'acide fluorhydrique soit le même. La mise en oeuvre du procédé s'effectue avantageusement à une température comprise entre 310 et 330 K, la concentration de l'acide fluorhydrique aqueux introduit étant comprise entre 10 et 40 %, et notamment entre 25 et 30 %. Un préchauffage de l'acide fluorhydrique aqueux avant son introduction dans le transporteur s'est révélé être utile. L'enthalpie libérée par la réaction entre l'acide fluorhydrique et les minéraux étrangers à la surface des morceaux de cristal de quartz produit certes un échauffement. Ce dernier ne se produit toute- fois que jusqu'à la moitié environ de la longueur du transporteur, car le degré de souillure dès morceaux de cristal de quartz y est maximal. Les morceaux de cristal de quartz sensiblement nettoyés ne viendraient en contact qu'avec de l'acide fluorhydrique frais et froid et l'absence de préchauffage de ce dernier, ce qui entraine- rait un accroissement du temps de séjour jusqu'à l'élimination défini- tive des traces résiduelles de minerais étrangers. L'évacuation continue des morceaux de cristal de quartz nettoyés peut s'effectuer par exemple à l'aide d'un élévateur-à godets, d'une vis transporteuse ou de dispositifs transporteurs semblables. Il s'est révélé avantageux de laver à l'eau pure l'acide fluor- hydrique aqueux adhérant à la surface des morceaux de cristal de quartz après le traitement, puis de sécher ces morceaux avant leur traitement ultérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous du nettoyage de sable de silice et du dessin annexé sur lequel la figure unique représente le schéma du dispositif employé. Une cuve 1 revêtue de matière plastique contient un transporteur tubulaire rotatif 2 en matière plastique, à l'intérieur duquel se trouvent des chicanes hélicoïdales 3. Le transporteur tubulaire rota- tif 2 est entièrement réalisé en polypropylène, ainsi que le revête- ment plastique de la cuve 1. Un moteur 33, dont la vitesse de rotation est réglable, entraîne le transporteur par l'intermédiaire d'une roue dentée 32 et d'une couronne dentée 31. La vitesse de rota- tion du transporteur détermine le temps de séjour des morceaux de cristal de quartz à traiter dans l'acide fluorhydrique aqueux. La cuve 1 est remplie d'acide fluorhydrique aqueux 4 jusqu'à un niveau fixé par le trop-plein 5 et tel que le transporteur tubulaire rotatif est entièrement immergé. La pompe doseuse 7 prélève de l'acide fluorhydri- que aqueux, frais et propre dans le réservoir 6 et l'introduit, par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 8 assurant le préchauffage, au point d'alimentation 9. Le trajet direct de l'acide fluorhydrique vers le trop-plein 5 est interdit par un joint à labyrinthe 10, de sorte que l'écoulement vers le trop-plein ne peut se faire qu'à l'in- térieur du transporteur tubulaire rotatif. Le sable de silice 11 à nettoyer est prélevé avec dosage dans la trémie d'alimentation 12 par le sas à roue cellulaire 13, puis transmis par la goulotte vibrante 14 dans la cuve 1. Le sable de silice tombe alors à travers la surface de l'acide fluorhydrique épuisé, ce qui interdit toute'agglomération du sable humide. Au-dessous du niveau liquide, les grains de cristal de quartz sont dirigés par la goulotte 15 dans le transporteur tubu- laire rotatif 2. Les chicanes hélicoidales 3 transportent le sable de silice vers le point 9 d'alimentation en acide fluorhydrique, la vitesse de rotation du transporteur 2 permettant de régler entre de vastes limites le temps de séjour des grains de cristal de quartz dans le transporteur. A la sortie de ce dernier, le sable de silice nettoyé tombe à travers l'ouverture 16 du fond de la cuve 1 dans un dispositif de déchargement 17, avec lavage à l'eau pure à contre-courant pendant l'éclusage. La pompe 19 refoule avec dosage l'eau pure du réservoir 18 dans la chambre 20 de l'écluse. Cette chambre 20 comporte à l'ex- trémité supérieure une ouverture 21, obturable par la soupape 22, et à l'extrémité inférieure une ouverture 23, obturée sur la figure par la soupape 24. Le dispositif de déchargement comprend ainsi l'ouver- ture 16 du fond, la chambre 20 de l'écluse et les soupapes 22 et 24 servant à obturer ou dégager les ouvertures 21 et 23. La commande 25 des soupapes est réalisée de façon que les deux soupapes 22, 24 tra- vaillent en opposition, de sorte qu'une de ces soupapes est toujours fermée quand l'autre est ouverte. Lorsque la soupape 22 est ouverte, comme sur la figure, du sable de silice lavé pénètre dans la chambre de l'écluse et, simultanément, de l'eau pure s'écoule à contre- courant du sable et pénètre dans la cuve 1 par l'ouverture 16 du fond. L'acide fluorhydrique prélevé dans le réservoir 6 présente dans ce cas une concentration supérieure à la valeur nécessaire pour le net- toyage du sable. La concentration inférieure nécessaire pour le nettoyage est obtenue par mélangeage de cet acide très concentré avec de l'eau pure, le rapport acide/eau étant ajusté à l'aide de la pompe doseuse 7 et de la pompe 19. Le sable de silice nettoyé et lavé à lVeau pure sort de la chambre 20 par l'ouverture 23 pour pénétrer dans le réservoir inter- médiaire 30. Au point le plus bas de ce dernier se trouve l'injecteur 26, actionné par la pompe foulante 27. L'injecteur envoie un mélange de sable de silice nettoyé et d'eau dans la centrifugeuse 28. L'eau séparée est ramenée dans le réservoir intermédiaire 30, comme l'indique la flèche 34. Le sable présentant une légère humidité résiduelle est ensuite envoyé dans un four tubulaire rotatif 29, comme l'indique la flèche 35, pour séchage total. Le procédé selon l'invention présente les avantages suivants, comme l'exemple de réalisation décrit le montre nettement. Les morceaux de cristal de quartz souillés sont traités par de l'acide fluorhydri- que aqueux à une concentration croissant progressivement. L'acide fluorhydrique souillé et épuisé vient en contact uniquement avec des morceaux de cristal de quartz souillés. Les souillures les plus solu- bles se dissolvent dans de l'acide fluorhydrique très dilué, tandis que de l'acide fluorhydrique frais et pur est disponible pour l'éli- mination de particules de minerais étrangers plus grosses ou plus dif- ficilement solubles. L'enthalpie de réaction est ainsi libérée pro- gressivement pendant la dissolution, ce qui évite la surchauffe sou- daine produite au début de la réaction dans le "procédé à un pot" par exemple, selon la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n0 24 31 928. Le fonctionnement continu assure un temps de séjour constant et un traitement régulier de tous les morceaux de cristal de quartz. Le dispositif d'éclusage du sable de quartz permet simultanément le lavage de l'acide fluorhydrique à l'eau pure. L'emploi de cette eau de lavage pour la dilution permet l'alimentation de l'installation en acide fluorhydrique concentré du commerce. Le stockage intermédiaire du sable de quartz nettoyé dans de l'eau pure permet une centrifugation discontinue et l'emploi d'une centrifugeuse simple, avec vidange par le fond à l'arrêt. L'élimina- tion de la plus grande partie de l'humidité par centrifugation permet l'emploi d'un four de séchage à puissance de chauffage relativement faible, car l'élimination de l'humidité résiduelle n'exige qu'une faible énergie thermique. Le procédé selon l'invention est applicable indépendamment de la taille des morceaux de cristal de quartz à nettoyer et convient également pour le nettoyage de sables de silice ayant un grain infé- rieur à 0,5 mm. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Procédé de nettoyage superficiel de petits morceaux de cristal de quartz, par action d'acide fluorhydrique aqueux, ledit procédé étant caractérisé en ce que les morceaux de cristal de quartz sont introduits dans un transporteur o. ils sont entraînés avec rotation, à contrecourant d'un écoulement continu d'acide fluorhydrique, qui traverse aussi ce transporteur continûment, vers le point d'alimen- tation en acide fluorhydrique 2. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que les morceaux de cristal de quartz sont introduits continûment et brassés contin- ment. 3. Procédé selon une des revendications 1 et 2, caractérisé par l'emploi d'un acide fluorhydrique aqueux à 10-40 %. 4. Procédé selon revendication 3, caractérisé par l'emploi d'un acide fluorhydrique aqueux à 25-30 %. 5. Procédé selon revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le nettoyage superficiel s'effectue à une température comprise entre 310 et 330 K. 6. Procédé selon revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'acide fluorhydrique aqueux est préchauffé avant l'introduction dans le transporteur. 7. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce que les morceaux de cristal de quartz traités à l'acide fluorhydrique aqueux sont lavés à l'eau pure, puis séchés. 8. Procédé selon revendication 7, caractérisé par la centrifugation des morceaux de cristal de quartz lavé avant leur séchage. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une quel- conque des revendications 1 à 8, caractérisé par une cuve (1), dont la face intérieure au moins est en matière plastique, comportant un point (9) d'alimentation en acide fluorhydrique aqueux pur et un trop- plein (5) d'évacuation de l'acide fluorhydrique épuisé, et contenant un transporteur tubulaire rotatif (2) en matière plastique, auquel sont affectés un dispositif d'alimentation en morceaux de cristal de quartz au voisinage du trop-plein (5) et un dispositif d'évacuation (17) au voisinage du point d'alimentation (9); et par un joint (10) assurant l'étanchéité entre la cuve (1) et le transporteur tubulaire rotatif (2). 10. Dispositif selon revendication 9, caractérisé par la réalisa- tion en polypropylène de l'ensemble du transporteur tubulaire rotatif S et de la face intérieure de la cuve.