Brevet FR2498957A1 — publié le 19820806

Ir L'invention concerne un procédé permettant d'obtenir du sable de fonderie à partir de sable de fonderie usé. Elle concerne également un appareil pour l'exécution de ce procédé. Le sable de fonderie usé est, on le sait, un mélang de conglomérats plus ou moins gros constitués de grains de sable quartzeux, de poussière et de liant ainsi que de particules métalliques provenant de l'opération de fonderie. En parti- culier les liants se trouvent, dans ce mélange,en partie sous la forme de particules libres, mais adhèrent également en partie aux grains de sable quartzeux. Parmi les liants ordinairement utilisés on citera la bentonite, des résines synthétiques à base de phénol ou de résols, le verre soluble etc... Les frais élevés qu'entraînent non seulement la préparation d'un sable neuf mais encore le transport et le dépôt ordonné du sable usé dans une décharge, ainsi que les règlements officiels, plus spécialement ceux qui concernent la protection de la nappe phréatique, amènent à considérer comme souhaitable un recyclage du sable de fonderie usé dans l'opé- ration de fonderie. On est cependant obligé de faire précéder la valorisation du sable usé d'un traitement préalable idoine qui a pour but d'éliminer du. mélange mentionné les impuretés gênantes et ainsi de préparer un sable réutilisable sans limi- tations. Comme impuretés gênantes on mentionnera en parti- culier les particules contenant du fer, particules qui se frit- teraient avec les grains de sable quartzeux au cours de l'opé- ration de fonderie et qui, à cause decela, doivent absolument être éliminées,ainsi que les fractions à grains fins et les liants. L'appareil de broyage nécessaire pour la désagrégation des conglomérats de sable usé dont il a été question ci-dessus doit être capable d'éliminer les croûtes de liant des grains de quartz en laissant ceux-ci propres, sans pour autant briser les grains de quartz eux-mêmes, cela afin d'éviter une forma- tion inopportune de grains fins. Il ne faut pas oublier non plus que le broyage du sable quartzeux entraîne généralement une usure considérable des outils de broyage, plus particulière- ment dans les broyeurs à croisillon mais aussi dans les broyeurs vibrants, ce qui grève beaucoup le coût d'une opération de. régénération. De plus, ce qui rend difficile le choix d'un appareil de broyage approprié c'est que l'usure au coursde l'opération debroyage provoque immanquablement un enlèvement de fer par abrasion qui est très nuisible pour l'utilisation du sable dans une opération de fonderie, fer qui devrait être éliminé dans une étape opératoire supplémentaire. Certes on pourrait du moins, en principe,munir les broyeursvibrants d'un chemisage ne contenant pas de fer ainsi que de corps de broyage correspondants, mais cela entraînerait des frais d'invesLisse- ment relativement élevés qui compromettraient également la rentabilité du procédé de traitement. Le problème technique, résolu par la présente invention, était donc de mettre au point un procédé de récupé- ration d'un sable de fonderie à partir d'un sable de fonderie usé qui conduise de manière économique, tout en aplanissant les difficultés indiquées ci-dessus, à la préparation d'un sable exploitable à nouveau comme sable de fonderie. Conformément à l'invention on résout ce problème en faisant passer le sable de fonderie usé successivement par au moins une zone de séparation magnétique, une zone de traite- ment thermique et une zone de broyage. La zone de séparation magnétique sert à séparer du sable de fonderie usé les compo- santes contenant du fer, tandis que dans la zone de traitement thermique il se produit, en plus d'une combustion du charbon, une transformation chimique de constituants de liant. Par exemple lorsque le liant comporte de la bentonite celle-ci est cuite à fond sous l'effet du traitement thermique:elle est ainsi transformée en mullite et est rendue fragile. Cette conversion en un produit fragile est indispensable pour que la mullite se sépare presque totalement de la surface du sable quartzeux, de telle sorte qu'il se forme finalement, comme produit réactionnel de la zone de broyage, un mélange constitué de grains de sable quartzeux propres,débarrassésdescrotes de liant, ainsi que de résidus de liant sous la forme de grains fins, mélange duquel on peut ensuite isoler, par des méthodes connues, la fraction à gros grains, c'est-à-dire les grains de sable quartzeux, comme produit fini du procédé de régénération conforme à l'invention. Dans un mode d'exécution avantageux du procédé de l'invention on refroidit le sable de fonderie usé après qu'il a traversé la zone de traitement thermique et avant qu'il entre dans la zone de broyage. Le refroidissement sert à soulager thermiquement l'opération de broyage qui fait suite; en même temps la chaleur apportée au sable dans la zone de traitement thermique peut être récupérée partiellement et être utilisée comme on le veut. Selon un autre mode d'exécution du procédé de l'invention le sable de fonderie usé est broyé, dans la zone de broyage, par projection à contrecourant, les vitesses d'air mises en jeu étant alors comprise de préférence entre 30 m.s et 50 m.s 1. Le broyage par projection à contrecourant n'entraîne qu'une très légère usure de l'appareil de broyage, et en même temps il permet de maîtriser l'énergie de broyage mise en jeu, par réglage des vitesses d'air, de telle façon que les grains de sable quartzeux soient bien débarrassés des résidus de liants qu'ils retenaient mais ne soient pas brisés. Le dessin annexé représente schématiquement un mode d'exécution particulier du procédé de l'invention. Le sable de fonderie usé est amené suivant la flèche 1 à un silo à plusieurs chambres 2 selon le nombre des diverses sortes de sable; puis il arrive, en passant par une bascule à bande 3, en quantités dosées sur un séparateur magné- tique 4- Dans l'exemple d'exécution représenté il est bon que ce séparateur soit un séparateur magnétique à tambour à faible champ. Les fractions magnétisables du sable usé, qui sont séparées dans cet appareil, arrivent suivant la flèche 5 dans un récipient 6: il s'agit du premier déchet. Les fractions non magnétisables du sable usé sont ensuite amenées du séparateur magnétique 4, par une trémie d'égalisation 7, au moyen d'un convoyeur tubulaire 8, à un four pour le traitement thermique du sable de fonderie usé, dans le cas présent un four à couche tourbillonnaire 9. Celui-ci est essentiellement constitué d'une chambre de combustion cylindrique verticale revêtue de maçonnerie, dans la partie inférieure de laquelle on injecte des gaz chauds suivant les flèches 10. Les gaz chauds proviennent d'une source de gaz chauds quelconque non représentée sur le dessin, et ils sont introduits dans le four à couche tourbillonnaire 9 en une quantité telle et à une température telle qu'il apparaisse, dans la zone de combustion de ce four, des tempé- ratures d'au moins 870'C; il se crée alors une couche tour- billonnaire constituée d'un lit de sable incandescent. Dans cette couche tourbillonnaire, dans laquelle le sable de fonde- rie usé séjourne au plus 45 minutes, il se produit un mélan- geage intime avec le gaz chaud et le carbone brûle tandis que le quartz est transformé en sa variété nomméetridymite, cette transformation conduisant, lors de l'opération de coulée, à une augmentation de la stabilité dimensionnelle. Le traitement thermique dans le four à couche tourbillonnaire 9 sert à séparer les constituants organiques ou combustibles du sable usé: le carbone que celui-ci conte- nait brûle et une partie de la bentonite est calcinée, convertie en mullite et, ainsi, rendue plus fragile. En même temps une fraction à grains fins est séparée et quitte le four à couche tourbillonnaire 9 suivant la flèche il avec les gaz usés chauds. La fraction à grains fins est séparée &ans un filtre à poussières 12, puis elle est envoyée, suivant la flèche 13, dans un mélangeur 14. Une soufflante 15 transporte ensuite les gaz usés dépoussiérés, par une cheminée 16, jus- qu'à l'air libre. En sortant du four à couche tourbillonnaire 9 le sable usé qui a subi le traitement à chaud est envoyé, par une étape de refroidissement constituée, dans l'exemple d exécution représenté sur le dessin, de deux réfrigérants 17 et 18 montés en série, par un convoyeur tubulaire 19, dans un broyeur à projection à jets d'air, de préférence un broyeur à projection à contre-courant 20. Le sable, à la sortie du réfrigérant 17, est à une température d'environ 250'C et, à sa sortie du réfri- gérant 18, il est à une température d'environ 25 à 300C. La zone de broyage du broyeur à projection à contre-courant 20 est constituée de deux injecteurs se faisant face, alimentés en air comprimé, qui aspirent la matière à broyer et l'accélère à des vitesses d'environ 30 m.s1 ci m.s 1 le Les jets d'air comprimé chargés de matière solide qui sortent de ces injecteurs se heurtent de front l'un l'autre et le travail de nettoyage est réalisé simplement par le choc des particules les unes contre les autres. Le broyeur à projec- tion à contre-courant 20 sert ainsi à détacher de la surface des grains de sable les croûtes solides constituées des résidus de liant, sans toutefois que les grains de sable quartzeux eux-mêmes soient broyés. Le produit qui sort du broyeur à projection à contre-courant 20 est donc un mélange de grains de sable quartzeux, constituant la fraction à gros grains, et de particules de croûtes, constituant la fraction à grains fins. Le mélange sortant du broyeur. à projection à contre-courant 20 est ensuite séparé, dans un tamis 21,en ses deux fractions granulométriques, la fraction à gros grains constituant le produit fini, c'est-à-dire le sable de fonderie débarrassé de ses impuretés gênantes, et étant soutirée sui- vant la flèche 22. En modifiant les paramètres caractérisant le fonctionnement du tamis on peut alors préparer très simple- ment différentes qualités de sable, par exemple différentes classes granulométriques. La fraction à grains fins qui sort du tamis 21 est envoyée, suivant la flèche 23, dans un filtre à poussières 24 ou elle est séparée du reste du courant du gaz usé. Ce gaz est rejeté à l'air libre par une soufflante 25 et la chemi- née 16 déjà citée. La fraction à grains fins qui a été séparée dans le filtre à poussières 24 est ensuite conduite au mélangeur 14 o elle est mélangée avec la fraction à grains fins venant du filtre à poussières 12, avec addition d'eau ou d'une boue provenant en déchet d'une fonderie selon la flèche 26, de telle sorte qu'on obtient un déchet n'engendrant pas de poussières et pouvant être jeté à la décharge. Ce déchet, sortant suivant la flèche 27, est rassemblé dans un récipient 28, éventuellement après avoir été granulé par des méthodes connues. Le procédé conforme à l'invention fournit donc trois types de produits: une fraction magnétisable dans un récipient 6 comme premier déchet, une fraction à grains fins ou en poussières comme second déchet dans un récipient 28, et du sable de fonderie réutilisable. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour obtenir du sable de fonderie à partir d'un sable de fonderie usé, procédé caractérisé en ce qu'on fait passer le sable de fonderie usé successivement par au moins une zone de séparation magnétique, une zone de traite- ment par la chaleur et une zone de broyage. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sable de fonderie usé, après avoir traversé la zone de traitement par la chaleur et avant d'entrer dans la. zone de broyage, est refroidi. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le sable de fonderie usé séjourne au plus minutes dans la zone de traitement par la chaleur, à des températures d'au moins 870C. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le sable de fonderie usé subit, dans la zone de broyage, un traitement par projection à contre-courant, les vitesses des jets d'air étant de préfé- rence compris entre 30 m.s et 50 m.s1. 5.- Appareil pour l'exécution du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, appareil caractérisé en ce qu'il comporte, montés en série, un séparateur magnétique (4)., un four pour le traitement par la chaleur du sable de fonde- rie usé et un appareil de broyage du type des broyeurs- à projection à jets d'air, qui est de préférence un broyeur à projection à contre-courant (20). 6.- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le four pour le traitement par la chaleur est un four à couche tourbillonnaire (9).