Brevet FR2496091A1 — publié le 19820618

Matériaux de construction et leur procédé de fabrication. La présente invention concerne un matériau de construction léger qui puisse être transformé en un panneau mural et l'article ainsi forme, ou bien qui puisse 9tre utilisé comme matériau isolant appliqué par pulvérisation dans les bâ- tlments, et elle cuncerne un procédé pour sa fabrication. Plus particulièrement, la présente invention concerne un matériau de construction léger du type mentionné ci-dessus fabriqué d'une façon très bon marché à partir de papier déchiqueté et boue contenant de l'hydroxyde d'aluminium. Inutile de dire qu'on utilise couramment dans l'industrie du bâtiment une grande variété de matériaux de construction en fonction des exigences de la construction et de l'emplacement particuliers. Les exigences pour les matériaux de construction sont si diverses qu'une matière appropriée pour un bâtiment n'est pas toujours utilisable pour un autre. hute- fois un certain nombre de propriétés est presque touJours im- portant dans tous les types de matériaux de construction, pro- priétés parmi lesquelles on peut citer par exemple les résis- tances mécaniques, la ncn-inflammabilité ou le retard à la pro- pagation de la flamme et l'isolation thermique et acoustique ainsi que le bon marché. En rapport avec le bon marché des matériaux de construction, il peut 8tre obtenu simultanément deux types d'avantages si des déchets industriels peuvent être traités ou transformés en matériaux de construction ayant des proprié- tés satisfaisantes pour résoudre le problème dû au matériau de déchets onéreux, problème tel que la pollution de l'envi- ronnement, et le bénéfice commercial obtenu avec les matériaux de construction fabriqués à partir de ces déchets extrêmement bon marché. Par conséquent il a été réalisé divers essais pour utiliser des matériaux en déchets industriels inutilisés pour la fabrication de matériaux de construction. Malheureusement on connatt très peu d'exemples de succès dans lesquels sont fabriqués d'excellents matériaux de construction appropriés pour une utilisation pratique, à partir d'un déchet industriel dan- gereux ou sinon inutile comme matériau de départ principal. Si on se tourne maintenant pour obtenir un aperçu des industries impliquant un problème sérieux d'évacuation de déchets pour éviter la pollution de l'environnement, les opé- rations de fabrication de l'alumlnium sont typiquement no- toires à cause des difficultés d'évacuation des déchets. Comme on le sait des articles en aluminium de fabrication récente sont rarement utilisés, tels que formés par extrusion, coulée ou autres moyens de mise en forme, avec leur surface d'aluminium nue mais presque toujours ils sont utilisés après une finition de leur surface. Le procédé de finition de leurs surfaces le plus largement utilisé dans l'industrie de l'aluminium est, na- tuellement, l'anodisatlon superficielle dans laquelle la surface de l'article en aluminium est oxydée électrolytique- ment dans un bain d'électrolyte acide pour-être recouverte d'une couche fine, mals densed'oxyde d'alumlnium et conférer une stabilité chimique et physique accrue ainsi qu'un bel aspect. Un problème dans le traitement par anodisation des articles en aluminium est dû au fait qu'une quantité importan- te d'aluminium métallique est inévitablement dissoute dans le bain d'électrolyte, et que l'alumlnium ainsi dissous préciplte finalement sous la forme d'hydroxyde d'alumlnium amorphe for- mant une boue semblable à un gel, quand la solution d'élec- trolyte est neutralisée pour éliminer les eaux résiduaires. La boue analogue à un gel contient habituellement de grandes quantités, par exemple 70 à 90% en poids d'eau mais elle est difficilement filtrable de sorte qu'un séchage com- plet de cette boue d'hydroxyde d'aluminium est pratiquement impossible. Par conséquent la seule manière dans l'art pour' évacuer la boue d'hydroxyde d'aluminium est de la rejeter dans un terrain amendé ou dans l'océan sous la forme d'un gel tel quel. Un tel procédé d'évacuation des déchets n'est naturellement, pas tout à fait acceptable même en laissant de côté le problème du prix élevé pour le transport de ce maté- 4 riau de déchets humide vers le terrain amendé ou loin dans l'océan. Par exemple un terrain amendé rempli avec cette boue du type gel est naturellement faible dans la force de produc- tion du sol entraînant une capacité d'utillsation diminuée du terrain. Le reJet de la boue dans l'océan est également soumis aux règlements pour empocher la pollution de l'eau. Donc le reJet de déchets de la boue d'hydroxyde d'aluminium du type gel est le problème le plus embarrassant dans l'indus- trie de la fabrication de l'aluminium. Donc un objet de la présente invention est de four- nir un procédé pour l'élumination de la boue d'hydroxyde d'aluminium nocive décrite ci-dessus, sous la forme d'un gel obtenu en grandes quantités dans l'industrie de traitement de l'aluminium sans entraîner de problème de pollution de l'en- vlronnement. Un autre objet de la présente invention est de foui nir un nouveau matériau de construction léger qui puisse être utilisé d'une façon générale transformé en des articles con- formés tels que des panneaux muraux et analogues ou en des ma- tières Isolantes appliquées par pulvérisation sur les parois, les plafonnages et analogues des bâtiments en partant de ma- tlères de départ bon marché telles que la boue d'hydroxyde d'aluminium mentionnée ci-dessus. Le procédé de la présente invention pour la fabri- cation d'un nouveau matériau de construction léger comprend les opérations suivantes: (a) alcalinisation d'une boue d'hydroxyde d'alu- mlnium en ajoutant un produit alcalin pour obtenir une solu- tion alcaline d'un aluminate alcalin qui y est dissous, (b) mélangeage de la solution alcaline avec une matière fibreuse désintégrée pour former une bouillie, (c) neutralisation de la boullie pour l'amener à un état neutre à faible acide en ajoutant un aicde, (dl mélangeage de la bouillie avec un agent coa- gulant pour obtenir une masse coagulée, (e) séparation de la masse coagulée d'avec la partie liquide dans le mélange, et (f) séchage de la masse coagulée. D'une façon plus avantageuse, la matière fibreuse désintégrée mélangée dans le stade (b) cl-dessusest du papier déchiqueté et désintégré disponible à des conditions extrême- ment bon marché. En outre le produit alcalin à aJouter à la boue d'hydroxyde d'aluminium peut être de l'hydroxyde de so- dium, et l'acide utilisé pour la neutralisation dans le stade (c) cldessus est de préférence l'acide phosphorique afin de transformer le composant aluminium en un phosphate d'aluminium insoluble qui se dépose sur la matière fibreuse. L'agent coagulant utilisé dans le stade (d) cidessus peut être un produit organique ou minéral comme par exemple des polymères ioniques tels que le polyacrylamide et analogue;- et le sul- fate d'aluminium. La boue d'hydroxyde d'aluminium sous la forme de gel recueillie comme matière résidualre industrielle est d'abord rendue alcaline en ajoutant un produit alcalin. Le produit alcalin n'est pas limité à un produit particulier mais le plus avantageusement utilisé est l'hydroxyde de so- dium car il est bon marché, On sait que l'hydroxyde d'alumi- nium est transformé en aluminate de sodium soluble dans l'eau en réagissant avec l'hydroxyde de sodium dans des con- ditions alcalines. La quantité d'hydroxyde de sodium à aJou- ter à la boue d'hydroxyde d'aluminium doit être soigneusement contrôlée afin que la solution résultante d'aluminate de so- dium ne soit pas excessivement alcalin. Le pH de la solution d'aluminate de sodium est de préférence dans la gamme allant d'environ 8 à environ 9. Dans cette condition faiblement alcaline, la dissolution complète de l'hydroxyde de l'alumi- nium ne peut pas touJours être obtenue, mais de petites quantités d'hydroxyde d'aluminium non dissous n'ont pas d'effet défavorable particulier sur les stades suivants ni o30 sur la qualité du matériau de construction fini bien que la quantité d'hydroxyde de sodium doit être natuellement déter- minée en fonction de la composition de la boue d'hydroxyde d'aluminium laquelle peut être très différente selon l'origine de la boue. La concentration de l'aluminate de sodium dans cette solution dépend également de la teneur en hydroxyde d'aluminium dans la boue de départ et de la quantité d'hydroxy- de sodium aJoutée à la boue. Le stade suivant est le mélange d'une matière fi- 249609'1 breuse désintégrée à la solution obtenue ci-dessus d'alumi- nate de sodium à un pH qui va de préférence de 8 à 9. La ma- tière fibreuse peut être soit une matière minérale soit une matière organique, telle que l'amiante comme exemple de ma- tière minérale, et des fibres cellulosiques comme exemple de matière organique. La matière fibreuse que l'on préfère davantage est toutefois une matière fibreuse pelucheuse obtenue en désintégrant du papier déchiqueté parce que c'est une matière particulièrement bon marché parmi les autres ma- tières fibreuses minérales et organiques. Le rapport de mélangeage du papier déchiqueté désin- tgré avec la solution est de préférence dans une gamme telle que de 25 à 60% en poids de matière fibreuse sont utilisés pour 40 à 75 parties en poids de boue d'hydroxyde d'aluminium de départ. Le mélange est bien agité pour former une bouillie dans laquelle les fibres cellulosiques du papier déchiqueté absorbent la solution d'aluminate de sodium. Puis vient le stade de l'addition d'un acide, ou de préférence, de l'acide phosphorique pour neutraliser, ou plutôt faiblement acidifier la bouillie. La quantité d'acide phosphorique doit être contr81ée de façon à ce que la bouillie résultante ait un pH allant d'environ 5 à 6 ce qui fait que les phosphates formés dans le mélange renferment du phosphate d'aluminium insoluble dans l'eau en plus du précipité d'hydro- xyde d'aluminium. L'addition de l'acide avec une valeur diminuée du pH est efficace pour obtenir une coagulation complète du matériau obtenu par l'agent de coagulation qui est aJouté au mélange dans le stade suivant. Quand le pH du mélange, après l'addition de l'acide, est supérieur à celui indiqué cidessus, la coagulation du matériau dans le stade suivant est incom- plète de sorte que la séparation de la masse coagulée d'avec la partie liquide dans le stade (e) peut être réalisée diffi- cilement. D'autre part, quand la quantité d'acide est trop grande pour provoquer une diminution non voulue du pH du mé- lange, les fibres cellulosiques sont attaquées par l'acide et plus ou moins décomposées. La bouillie ainsi neutralisée ou faiblement acidi- - - À fiée comme ci-dessus est ensuite mélangée avec un agent coagulant ou un agent floculant qui peut être organique ou minéral comme par exemple des polymères ioniques solubles dans l'eau tels que le polyacrylamide et le sulfate d'alumi- nium et analogue. L'addition de cet agent coagulant a pour but de renforcer la liaison entre les fibres cellulosiques et le phosphate et l'hydroxyde d'aluminium déposés sur elles dans les stades suivants de manipulation de la masse coagulée comprenant le séchage et la désintégration. Par conséquent, lO la quantité de l'agent coagulant doit être dans des limites aussi petites que possible, à condition que le but mention- né ci-dessus de l'addition de cet agent soit atteint à un degré satisfaisant, à cause du coût élevé de l'agent coagu- lant comparativement aux matières de départ principales. Il est facultatif, mais quelquefois préférable, de mélanger la bouillie, avant d'ajouter l'agent coagulant, avec un adhéslf dispersable dans l'eau, par exemple une émul- sion aqueuse de résines acryliques ou de résines copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle, à raison de 5 à 10% en poids, pour empêcher la dispersion des matières pulvérulentes dans les produits séchés finalement terminés. La bouillie ainsi mélangée avec l'agent coagulant est ensuite soumise à une séparation de façon appropriée, par exemple en éliminant par filtration la partie liquide, et la masse coagulée est ensuite séchée et, si on le désire, soumise à une désintégration. Quand la matière doit être dé- sintégrée, il est préférable qu'elle ne soit pas complètement séchée mais qu'elle contienne environ 30% en poids d'humidité afin de faciliter la désintégration. Le matériau séché et désintégré ainsi obtenu est très léger avec une densité appa- rente d'environ 0,2 g/cm3 ou inférieure, bien que celle-ci dépende du rapport de mélangeage de la boue d'hydroxyde d'aluminium et du papier déchiqueté désintégré. Le produit ainsi obtenu a un retard à la flamme suffisant, bien qu' on utilise du papier déchiqueté inflammable comme un des compo- sants de base, par suite de dépôt de phosphates, par exemple de phosphate d'aluminium et de phosphate de sodium, en grandes quantités comme cela est compréhensible du fait que les phosphates sont des retardateurs de flamme puissants. Le produit est un isolant thermique et un isolant acoustique très bon de sorte au'il est très utilisé comme matériau de construction bien que des résistances mécaniques élevées ne puissent pas être attendues dans la matière telle quelle. Le matériau de la présente invention décrit ci- dessus est appliqué dans la construction de deux façons. La première des applications est sous forme d'un matériau isolant déposé par pulvérisation. La matière désintégrée est lO déposée par pulvérisation sur les parois et les plafonnages en même temps qu'une petite quantité d'un adhésif, comme liant, afin d'obtenir une surface ayant une couche d'épaisseur dési- rée formée du matériau possédant une isolation thermique et acoustique élevée. D'une façon similaire, la matière désinté- grée est déposée par pulvérisation sur la surface d'un panneau d'aluminium ou d'un panneau de contreplaqué pour former une couche qui est ensuite mise en sandwich avec un autre panneau d'aluminium ou un autre panneau de contre-plaqué pour obtenir un panneau ayant une structure en sandwich utilisé pour l'Iso- lation thermique et acoustique. L'adhésif utilisé dans ce cas n'est pas particulièrement limitatif mais plusieurs types d'adhésif du type émulsion aqueuse sont préférés tels que les émulsions de résines acryliques et les résines de copoly- mère d'éthylène et d'acétate de vinyle. Un autre type d'application du matériau de l'inven- tion est la formation d'un panneau ou d'une plaque sans support. Dans ce cas, il faut prendre certaines mesures de précaution pour augmenter les résistances mécaniques du matériau. Par exemple, la matière désintégrée est mélangée avec un adhésif et un coagulant tel que la chaux en même temps que de l'eau et, après un broyage suffisant, transformée en un panneau ou une plaque puis séchée. Le panneau ou la plaque ainsi obtenus sont également excellentsdans l'isolation thermique et acoustique. Il y a également une vole possible pour fabriquer les panneaux ou les plaques sans support qui consiste à mélan- ger encore la bouillie avant le stade (e) avec une quantité supplémentaire d'un adhésif et d'un coagulant telsque la chaux pour avoir une consistance appropriée en vue de mise en forme et à transformer directement en panneau ou en plaques, de forme désirée puis à sécher. Comme on peut le voir d'après la description ci-dessus, la présente invention a une valeur pratique très grande du fait qu'une solution est fournie pour l'élimination de la boue d'hydroxyde d'aluminium nocive qui permet de matriser bien davantage le problème de la pollution de l'environnement. En outre, le matériau de construction de la présente invention peut être fabriqué avec de faibles prix de revient à cause de O10 la qualité bon marché non seulement des composants principaux de la boue d'hydroxyde d'aluminium et du papier déchiqueté, mais aussi des autres ingrédients additifs auxiliaires, et à cause de la slmplicité du procédé de fabrication du produit. De plus le matériau de construction léger de la présente inven- tion a une grande valeur Industrielle à cause de la qualité élevée du pouvoir isolant thermique et acoustique ainsi qu'une bonne aptitude à la mise en oeuvre pour tre utilisé d'une façon générale dans tous les types de bâtiments. - -a1 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'un matériau de cons- truction léger caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations suivantes: (a) l'alcalinisation d'une boue d'hydroxyde d'aluminium en ajoutant un produit alcalin pour obtenir une solution alcaline d'un aluminate alcalin qui y est dissous; (b) mélangeage de la solution alcaline avec une matière fibreuse désintégrée pour former une bouillie; (c) neutralisation de la bouillie pour l'amener à un état neutre à faiblement acide en aJoutant un acide; (d) mélangeange de la bouillie avec un agent coagulant pour obtenir une masse coagulée; (e) séparation de la masse coagulée d'avec la partie liquide dans le mélange, et (f) séchage de la masse coagulée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le pH de la solution alcaline de l'aluminate alcalin est dans la gamme de 8 à 9. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le produit alcalin utilisé dans le stade (a) est l'hydroxyde de sodium. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matière fibreuse désintégrée est du papier déchiqueté, désintégré. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la quantité de matière fibreuse désintégrée mélangée dans le stade (b) est dans la gamme de 25 à 60 parties en poids pour 75 à 40 parties en poids de boue d'hydroxyde d'aluminium utilisée dans le stade (a). 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'acide utilisé dans le stade (c) est l'acide phosphorique. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le pH de la bouillie obtenue dans le stade (c) est dans la gamme de 5 à 6. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'agent coagulant est un polymère ionique soluble dans l'eau ou du sulfate d'aluminium. 9. Matériau de construction léger fabriaué par le procédé qui comprend les opérations suivantes: (a) alcalinisation d'une boue d'hydroxyde d'aluminium en ajoutant un produit alcalin pour obtenir une solution alcaline d'un aluminate alcalin qui y est dissous; (b) mélangeage de la solution alcaline avec une ma- tière fibreuse désintégrée pour former une bouillie; (c) neutralisation de la bouillie pour l'amener à un état neutre à faiblement acide en ajoutant un acide; O10 (d) mélangeage de la bouillie avec un agent coagulant pour obtenir une masse coagulée; (e) séparation de la masse coagulée d'avec la partie liquide dans le mélange, et (f) séchage de la masse coagulée.