Brevet FR2512438A1 — publié le 19830311

Procédé de préparation d'un plâtre nouveau et ses applications. La présente invention concerne un procédé de préparation d'un plâtre nouveau; elle concerne également le nouveau plâtre ainsi obtenu et ses applications, notamment les applications découlant des propriétés spécifiques de ce nouveau plâtre. On sait que le procédé universellement utilisé pour la préparation du plâtre consiste successivement: à broyer en particules d'environ 2 à 5 mm de "diamètre" une pierre convenablement choisie (gypse), à sécher les particules ainsi obtenues après élimination des particules trop fines, à admettre dans un four, convenablement chauffé, ces particules sèches, puis à soumettre les particules sortant du four à un broyage fin, puis on réalise le plus souvent, pour obtenir les plâtres les plus courants, un mélange convenable de diverses poudres. Les caractéristiques essentielles de ce procédé sont les suivantes: d'une part, on admet dans le four des particules suffisamment petites pour pouvoir être traitées de façon homogène par la chaleur de ce four, d'autre part, on admet dans le four des particules sèches, ce qui paraît tout à fait raisonnable puisque le chauffage du gypse dans ledit four a pour fonction de déshydrater partiellement ce gypse. Il a été trouvé maintenant que, si l'on réalisait le chauffage du produit de départalors que celui-ci contient une quantité notable d'eau, on obtenait un plâtre présentant des propriétés tout à fait nouvelles; il a été trouvé en outre que, si l'on réalisait le chauffage du produit de départ,alors que celui-ci est sous une forme alvéolaire épaisse, il était possible d'obtenir directement un mélange de plâtres, ledit mélange présentant également des propriétés nouvelles. La présente invention vise donc tout d'abord un procédé pour la préparation d'un plâtre nouveau. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on met en oeuvre successivement les étapes suivantes broyage en fines particules d'une pierre convenablement choisie, réalisation d'un mélange comprenant lesdites fines particules et de l'eau, la quantité d'eau, dans ledit mélange étant comprise entre 22 et 30 % en poids, dépôt de ce mélange en une galette d'épaisseur contrôlée, chauffage de ladite galette à une température comprise entre environ 250 C et environ 500 C pendant une durée suffisante pour transformer le matériau de départ en plâtre, ce chauffage étant effectué dans une atmosphère de vapeur surchauffée, séchage à chaud du produit obtenu dans l'opération précédente et, délitage du produit-obtenu pour donner naissance au nouveau plâtre en poudre. On définit ci-après les diverses étapes du procédé selon l'invention. 1) On utilise comme produit de départ n'importe quel minéral connu pour pouvoir, par chauffage, donner naissance à du plâtre; on peut également utiliser des matériaux synthétiques tels que le phosphogypse. Ce produit de départ est broyé mais ce broyage a pour fonction de donner naissance à de fines particules, c'est-à-dire par définition à des particules dont la plus grande dimension est inférieure à environ 1 mm et de préférence inférieure à 0,5 mm La nature et le but de ce broyage diffèrent donc assez profondément du "broyage" mis en oeuvre dans les procédés connus de préparation du plâtre On notera que l'on utilise selon l'invention toutes les particules obtenues lors de ce broyage sans élimination des particules les plus fines comme cela se pratique pour les "broyages" utilisés dans les procédés connus. Il va sans dire que, comme dans les procédés connus, les qualités des minéraux utilisés comme produits de départ ont une influence sur les propriétés du plâtre obtenu. 2) La deuxième étape du procédé consiste à réaliser un mélange d'eau et de la poudre obtenue après la première étape décrite ci-dessus La quantité d'eau à utiliser doit être suffisante pour que, lors de l'opération de chauffage prévue à la quatrième étape du procédé, il se produise un gonflement du mélange et la formation d'un gâteau alvéolaire La quantité d'eau à utiliser est environ celle qui correspond au remplissage des vides laissés entre les grains disposés en vrac Dans la pratique, les particules de matières solides sont introduites dans un récipient contenant de l'eau; le fond de ce récipient est en forme d'un tronc de cône renversé et la partie inférieure de ce tronc de cône est pourvue d'une vis sans fin qui sort, en continu, un mélange de matièressolideset d'eau convenant parfaitement à la mise en oeuvre de l'invention On admet que le mélange de poudre et d'eau comporte environ: - 78 à 70 % en poids de matériau solide, ledit matériau ayant lui-même 15 à 20 % d'eau de cristallisation, -22 à 30 en poids d'eau libre. Si la quantité d'eau contenue dans le mélange est insuffisante (inférieure à environ 22 % en poids) l'alvéolisation du produit lors du chauffage (alvéolisation décrite ci-après) se fera mal et le produit final présentera une qualité moindre Si la quantité d'eau est trop importante (supérieure à environ 30 ? en poids il n'y a plus possibilité de formation d'une galette (telle que décrite ci-après) et il faudra utiliser des calories inutiles pour l'évapora- tion de cette eau. 3) On réalise ensuite une "galette" à partir du mélange eau-particules obtenu dans l'opération précédente La réalisation de cette galette est une opération tout à fait banale puisque le mélange s'étale très aisément en s'écoulant dans tout récipient ou sur tout transporteur sur lesquels il est admis Mais l'épaisseur de cette galette a une importance certaine dans les résultats obtenus en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention En effet, on peut réaliser une galette relativement mince (de l'ordre de quelques milli- mètres) sur un transporteur continu; dans ce cas, d'une part, le chauffage provoquant la transformation du minéral en plâtre pourra être relativement rapide et, d'autre part, ledit chauffage (malgré le caractère isolant du matériau chauffé) pourra être relativement homogène dans toute l'épaisseur du matériau, c'est-à-dire pourra donner naissance à un nouveau plâtre-présentant un spectre de propriétés assez étroit On peut-également, sur un transporteur continu ou sur des plateaux isolés, réaliser une galette relativement épaisse (l à 3 cm par exemple), cette galette qui va gonfler au cours de la phase d'alvéolisation du chauffage va donner naissance à un matériau qui sera "cuit", alors qu'il aura une épaisseur de 2 à 5 cm par exemple; on conçoit que, dans ce cas, la cuisson pourra être hétérogène, ce qui donnera naissance à un plâtre nouveau présentant un spectre de propriétés correspondant à celui d'un mélange de plusieurs plâtres nouveaux élémentaires. Il est donc clair que les propriétés du produit fini pourront dépendre de l'épaisseur de ladite galette. 4) On réalise ensuite le chauffage de cette "galette". Il a été constaté que, lorsque cette galette était soumise à une température supérieure à environ 250 'C, on observait tout d'abord un gonflement de la galette par vaporisation de l'eau qui y est contenue; ce gonflement donne naissance à un produit alvéolaire dont la forme générale se stabilise lorsque la durée du chauffage atteint quelques minutes ( 3 à 5 minutes en général, encore que cette durée puisse dépendre de la température de chauffage) Cette phase du chauffage est appelée la phase 'd'alvéolisation car le produit obtenu se présente sous la forme d'un matériau alvéolaire (du type pierre ponce à grosses alvéoles). Puis le matériau alvgolaire subissait les transformations physico-chimiques donnant naissance à la formation de plâtre. Comme la "galette" utilisée comporte une proportion d'eau importante, l'alvéolisation et la trans- formation physicochimique du matériau produisent un dégagement interne et externe de vapeur surchauffée. Comme le four dans lequel on réalise le chauffage est fermé (mais la pression à l'intérieur du four demeure la pression atmosphérique) l'ensemble de l'opération de chauffage s'effectue dans une atmosphère humide (de vapeur surchauffée). Pour obtenir les transformations physico- chimiques du matériau de départ en un plâtre on doit utiliser une température et une durée convenable La température doit être supérieure à 250 C environ et peut atteindre 600 'C; la qualité du produit final dépendra en partie de cette température On notera que certains "plâtres" connus sont préparés à des températures supé- rieures à 600 'C; il n'y a pas de raisons de penser qu'on ne pourrait pas selon l'invention utiliser ces températures supérieures mais jusqu'à ce jour les essais ayant conduit aux meilleurs résultats ont été réalisés entre 400 et 5506 C environ La durée du chauffage est variable et dépend de la température et, en partie, du matériau de départ on peut indiquer comme ordre de grandeur une durée comprise entre 15 et 45 minutes. La température à laquelle le matériau est soumis n'est pas nécessairement la même pendant toute la durée du chauffage; ainsi par exemple le matériau peut être soumis à une température de 300 'C pendant 10 minutes (phase d'alvéolisation) puis de 450 C pendant environ 30 minutes ( phase de transformation physico chimique). On pourrait même envisager de séparer matériellement les deux phases en stockant par exemple le produit alvéolaire intermédiaire; mais il semble que ce procédé d'une part, présente un intérêt économique plus faible (perte de calories) et d'autre part, necessite des précautions dans la conservation et le rechauffage du produit alvéolaire du fait d'une modification possible de la teneur en eau de ce produit pendant le stockage. 5) 'Le produit sortant du four dans lequel a été réalisé le chauffage est ensuite admis dans une enceinte o il est maintenu à une température de l'ordre de 100 à 150 C pendant un certain temps Dans cette enceinte on permet en fait au produit de se refroidir progressivement et de se débarasser, par diffusion, de la vapeur d'eau qui pourrait encore être emprisonnée dans le produit traité et qui pourrait de ce fait affecter les propriétés du plâtre final obtenu Dans la pratique le séjour du produit dans ladite enceinte est de l'ordre de 10 minutes à 20 minutes dans un four ventilé. 6) Le matériau (plâtre nouveau) sortant est ensuite délité pour donner naissance à un produit en poudre fine On utilise le mot délité à la place du mot broyé pour mettre en évidence le fait que le matériau formé des petites particules obtenues lors du broyage initial, ne présente aucune cohésion, se transforme en poudre par simple frottement ou chocs légers et que cette transformation ne nécessite qu'un travail mécanique très faible Compte tenu de ce que les particules de plâtre final auront une granulométrie inférieure à celle du produit obtenu lors du broyage initial, il peut être important, pour les propriétés du produit fini, que ce broyage initial soit réalisé de façon à ne donner naissance qu'à une poudre très fine sans présence de particules trop importantes et que, par conséquent, ce broyage initial soit couplé avec une opération de tamisage. Le nouveau plâtre obtenu selon l'invention présente, par rapport au plâtre "classique", un certain nombre de propriétés tout à fait particulières: les grains du nouveau plâtre présentent les uns envers les autres certaines propriétés collantes que l'on peut mettre en évidence en considérant l'angle fait par un tas de plâtre; pour les produits selon l'invention, le plâtre versé sur une surface plane formera un "tas" sensiblement tronconique dont l'angle au sommet est notablement plus faible que l'angle correspondant obtenu avec un plâtre classique; le plâtre nouveau gâché est également beaucoup plus "collant" que les plâtres moyens classiques; cette propriété est importante dans certaines utilisations de ce plâtre; le plâtre nouveau gâché a besoin de moins d'eau de gâchage que la plupart des plâtres classiques connus; d'autre part, le plâtre nouveau montre une sorte de contrôle de la quantité d'eau absorbée puisqu'il fait prise sous l'eau, ce qui est inconnu jusqu'à ce jour. Il apparaît donc bien que le plâtre nouveau selon l'invention constitue un produit nouveau, d'une part, par ses propriétés physiques et, d'autre part, probablement par la structure chimique de certains de ses constituants. L'exemple non limitatif suivant illustre l'invention. On a utilisé comme produit de départ un gypse naturel contenant environ 17,5 % d'eau (eau de constitution et de cristalli- sation). Ce gypse a été broyé dans un broyeur à marteau et la poudre obtenue a été tamisée à travers un tamis dont la maille avait environ 0,4 mm de cote. A cette poudre, on a ajouté une quantité d'eau suffisante de façon à obtenir un mélange formé de 75 % de ladite poudre et de % en poids d'eau Le mélange a la forme d'un pâte malléable. Ladite pâte a été déposée sur une plaque munie de rebords de façon à former une galette d'épaisseur environ 2 cm; la plaque a été introduite dans un four dont la température est maintenue à 300 C la durée de séjour de la plaque dans le four a été de 30 min avec évacuation continue de la vapeur d'eau formée A la sortie du four, on obtient un matériau solide alvéolaire d'une épaisseur d'en- viron 3,5 cm Ce matériau a été maintenu à 1250 C pendant environ min. Le matériau sortant de ce dernier four est ensuite délité pour fournir un plâtre présentant des propriétés exceptionnelles. Avec le matériau selon l'invention on peut réaliser l'expérience décrite ci-après Dans un récipient sec de deux litres en forme conique on introduit 100 g de "plâtre nouveau" et on remplit le récipient d'eau; on s'aperçoit qu'au bout d'environ 4 minutes le "plâtre nouveau" a subit un phéno- mène de prise et qu'il durcit progressivement; au bout d'environ 30 minutes à 1 heure on obtient unobjet en forme de cane solide que l'on peut manipuler et laisser sécher hors de l'eau; le produit sec présentera des caractéristiques mécaniques très sensiblement égales à- celles présentées par le même platre nouveau qui aurait 9 té-gaché avec environ 40 % d'eau et séché. Si on tente de reproduire cette expérience en utilisant un plâtre du commerce, il est pratiquement impossible d'obtenir un produit fini de forme déterminée présentant des propriétés mécaniques acceptables. RE VENDI CATIONS 1, Procédé de préparation d'un plâtre nouveau par chauffage d'un matériau, naturel ou synthétique, connu comme pouvant donner naissance à du plâtre, caractérisé en ce que l'on réalise les étapes successives suivantes broyage en fines particules d'une pierre convenablement choisie, réalisation d'un mélange comprenant lesdites fines particules et de l'eau, la quantité d'eau, dans ledit mélange étant comprise entre 22 et 30 7 en poids, dépôt de ce mélange en une galette d'épaisseur contrôlée, chauffage de ladite galette a une température comprise entre environ 250 'C et environ 600 *C pendant une durée suffisante pour transformer le matériau de départ en un plâtre, ce chauffage étant effectué dans une atmosphère de vapeur surchauffée. séchage à chaud du produit obtenu dans l'opération précédente et, délitage du produit obtenu pour donner naissance au nouveau plâtre en poudre. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le broyage en fines particules est réalisé jusqu'à l'obtention d'un produit dont les particules ont une dimension maximale inférieure à 1 mm et de préférence inférieure à 0,5 mm. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit chauffage est réalisé pendant une durée comprise entre 15 et 45 minutes. 4 Procédé selon l'une des revendications 1,2, et 3, caractérisé en ce que le séchage est réalisé par passage du produit dans un four ventilé dont la température est comprise entre environ 100 et environ 1500 C. Plâtre nouveau, présentant notamment la propriété de faire prise dans l'eau, caractérisé en ce qu'il peut être obtenu en mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 4.