Brevet FR2550188A1 — publié le 19850208

La présente invention a pour objet une matière, nouvelle et son procédé de fabrication. Cette nouvelle matière @ grande perméabilité osmotique et ca pilulaire est constituée uniquement de produtts minéraux. Elle a la propriete d'absorber et de désorber une grande quantité d'eau ou d'autres liquides. Par l'effet d'osmose et de capillarite, le liquide absorbe et diffuse rapidement dans toute la casse de la matière est désorbé au fur et 1 mesure par la surface opposée. Cette matière est poreuse, elle content une grande quantité de microcellules et d'interstices capillaires. La quantité d'eau absorbée par cette matière est fonction du nombre et du dianétre de ces microcellules et de ces capillaires. La pression et la tension superficill@e produites dans ces cellules et capillaires sont fonction de deux facteurs t le degré de mouillabilité ou l'angle de contact entre la matière et le liquide, et le rayon de courbure des ménisques du liquide dans les capillaires. La réalité de ces paramètres conditionne donc le choix des substances à utiliser et des procédés de :nise en oeuvre pour la fabrication d'une matière à grande perméabilité. Cette latiére peut avoir de nombreuses applications dans diverses industries chimie, médecine, Génie civil, constructions, aménagements de voiries, allées, préaux, terrasses. terrains de sport, etc Selon le domaine d'utilisation, cette inatière peut se présenter sous foras de panneaux isolants, de dalles de différentes dimensions et de différents taux de perméabilité osmotique etc Par exempt, on peut fabriquer des membranes semi-perméables pour dialyse et des membranes cationiques et anioniques. Pour la fabrication de cette matière oscotique, le produit minéral de base est l'hydrosilicate d'alumine dit kaolinite qui, a l'état pur, est blanc. Ce produit doit être exempt de certaines substances conne le carbonate de chaux, la craie, la pyrite et le rutile. Toutefois pour certaines fabrications. on peut utiliser le kaolinite mélangée à des oxydes métalliques, dite alors "argile rouge". Ces deux matières, une fois hydratées, deviennent plastiques, de consistance assez grasse, du fait que leur nature physique est colloldale. A l'état pur, ces substances ont un grand coefficient de dilatation, de sorte qu'au séchage et a la cuisson, il se forme dans lamasse des fissures. Pour éviter cet inconvénient, on les mélange @ des sabstagces non plastiques et non rétractables. Pour ce faire, on choisit des substances minérales dites dégraissantes, qui ont également un grand degré de mouillabilité avec l'eau. Ce dEgra1s- sant est con. posé de plusieurs substances comme : quartz - mica - verre et silice. Cette propriété de mouillabilité est très importante tar ce facteur physique contribue à l'élèvation de la pression capillaire dans la matière osmotique. Par le mélange de ces produits avec le kaolin ou argile coiloîdale on obtient, après cuisson, une matière dont la pression capillaire devient très grance, elle peut être de l'ordre de 20 à 100 bars. A cette pression, le point de congélation de lreau va descendre vers des températures beaucoup plus basses. Donc, pour des températures froides, plus modérées de l'ordre 15 à 30"Cil n'y a plus de solidification de l'eau dans les capillaires et les microcellules. De ce fait, cette matière osmotique devient non gélive. Par ailleurs, les substances utilisées comme dégraissant ont été également choisies pour leur forte dureté mécanique. En variant leur pourcentage dans le mélange avec l'argile, onppeut augmenter à volonté la résistance à la compression de la matière osmotique et obtenir ainsi une dureté différente. Pour varier la perméabilité, il est nécessaire de changer la porosité dans la masse de la matière osmotique. Pour cela, il faudra varier le diamètre de ses pores ainsi que leur nombre. Pour obtenir la variation de cette porosité suivant les conditions indiquées il va falloir employer une matrice constituée d'une substance combustible. Cette matrice suivant ce procédé est faite d'un charbon à l'état pulvérisé. Après un booyage d'une grande finesse, ce charbon est sélectionné en fonction du diamètre de ses grains, par plusieurs tamisages. On peut obtenir ainsi des grammes de charbon pulvérisé d'une granulométrie différente dont le diamètre moyen des grains peut aller de 200 à 10 microns. Ce charbon pulvérisé est mélangé ensuite à la matière colloldale de l'argile ou kaolin à l'état sec, puis aux substances dégraissantes. Après l'hydratation du mélange bien homogénéisé, cette pâte est façonnée, séchée à 1100 C et finalement cuite au four. Lorsque la température du four arrive à 400-450 C les grains de charbon vont s'enflammer et la combustion va se produire au fur et à mesure que les particules reçoivent l'oxygène de l'air. Toutefois, cet air doit traverser par diffusion toute la masse de l'argile. Mais, étant donné que la viscosité cinématique de l'air augmente avec la température, de 0,15 à 1,35 C St. vers 8500 C , la diffusion se produit difficilement à cette haute température. La combustion des grains de charbon se poursuit mais très lentement, et mème une quantité de charbon va rester imbrûlée, par manque d'oxygène. De ce fait, la porosité va diminuer dans la matière osmotique, de plus, le charbon imbrûlé va produire des zones de fragilité dans la masse de la matière. Pouréviter cet inponvénient majeur et obtenir une combustion totale de ces grains de charbon, on va fournir directement l'oxygenesnecessaire à cette combustion sous forme d'oxydes ou de peroxydes mealliques. Ces substances sous forme de poudre sont mélangées intimement avec les grains de charbon avant qu'ils ne soient mélangés au kaolin ou argile Pendant la cuisson, la température du four va produire un craquage des molécules de ces oxydes et les atomes d'oxygène ainsi libérés vont servir à la combustion du charbon. Cette combustion interne va produire des gaz de combustion, sous forme de monoxyde ou bioxyde de carbone.Pour obtenir ce processus chimique, on peut utiliser plusieurs réactions, suivant les caractéristiques de la matière osmotique à obtenir, soit avec un potentiel catiDnique, soit avec un potentiel anionique. Comme porteur d'ocygène, on emploie soit lloxyde ferrique Fe2 03, soit de la magnétite Fe3 04 qui avec le charbon produit la réaction suivante : Fe3 04 + 4C = 3 Fe + 4 Co soit avec Co3 Cu + 2 C = Cu + 3 Co Dans la première réaction, les atomes de fer étant également libérés vont rester dans la matière osmotique et, de ce fait, lui conférer un potentiel anionique. Dans la deuxième réaction, le cuivre va lui donner un potentiel cationique. La combustion de chaque grain de charbon va produire une microcellule dans la matière et dans chacune de ces cellules les gaz de combustion resteront enfermes. Toutefois, ces gaz étant à haute température, par leur dilatation, vont produire une pnession sur les parois de leurs cellules et, par de multiples fissures capillaires, vont s'échapper. Ainsi, toutes ces microcellules seront réunies par un réseau de fissures capillaires. La surface interne de ces microcellules ainsi que tout ce réseau capillaire seront d'autant plus importants que le diamètre des grains sera plus petit et leur nombre plus important. Pour ce prodédé de fabrication, on peut donc obtenir une gamme de matières osmo-capillaires, de différentes perméabilités, suivant la quantité de charbon pulvérisé, mélangée avec le kaolin ou argile. Lorsque l'on veut obtenir une matière isolante, de faible conductibilité thermique, et de grande porosité, on doit influer sur la matrice à charbon. Le procédé est de mélanger auparavant, le charbon pulvérisé à un liquide combustible de haut pouvoir calorifique, de cette manière on va augmenter le débit des gaz de combustion produits et obtenir ainsi un nombre plus élevé d'interstices capillaires. Pour arriver à ce résultat, il est possible d'emploie r deux procédés le premier, mélanger le charbon de bois pulvérisé avec un combustible comme le décante (fuel) qui a son point d'ebullition supérieur à 1500 C Ce mélange charbon + fuel sera malaxé avec l'argile, ensuite hydraté et façonné. Au séchage à 1100 C l'eau sera vaporisée mais non le décante, A la cuisson par pyrolyse, vers 200-250 C le décane sera à son tout vaporisé. Au point d'inflammation, cette vapeur et les grains de charbon vont brûler et l'oxygbne nécessaire sera fourni par le péroxyde. On obtientainsi une plus grande quantité de gaz de combustion et, de ce fait, une porosité plus élevée de la matière. Le deuxième procédé est l'utilisation de charbon minéral pulvérisé, mais qui contient des matières volatiles en plus grande quantité, environ 20 à 30 1, comme la houille grasse ou demi-grasse. Dans le four, par pyrolyse à 350-400 C, cette matière volatile sera vaporisée et, à son point d'inflammation, brûlera avec les grains de charbon à l'aide de l'oxygène fourni par les oxydes métalliques. La grande quantité de gaz produits ainsi va créer un réseau capillaire plus -important et donc une porosité plus gronde dans toute la masse de la matière. Cette augmentation de la porosité va diminuer son coefficient de conductibilité thermique et sa densité. Cette matière isolante obtenue ainsi a l'avantage d'être minérale donc non combustible. Elle peut ètre utilisée avantageusement dans l'isolation thermique des bâtiments. Par le même principe, il est possible de réaliser également des superisolants dont la conductibilité thermique sera inférieure à celle de l'air. Cette matière sera fabriquée uniquement avec du kaolin de grande pureté, qui sera mélangé tout d'abord avec une quantité importante de silice pulvé- risé. Cette substance est opaque au rayonnement infra-rouge et va empêcher ainsi les pertes de chaleur par radiation. Ensuite, la matrice sera faite uniquement avec du charbon de bois pulvérisé à grande finesse dont le diamètre des grains sera inférieur à 20 microns. Le charbon sera mélangé avec les peroxydes pour lui fournir l'oxygène nécessaire à la combustion. Ce superisolant sera susceptible d'être employé dans certaines industries de pointe, particulièrement dans le domaine cryogénique. Il est possible également par ce procédé de produire d'autres matières osmotiques en modifiant la perméabilité comme des membranes semi-perméables pour la dialyse ainsi que des filtres microniques pour l'industrie chimique et également des membranes pour la purification de l'eau par osmose inverse. Avec des membranes à potentiel cationique et anionique, on peut réaliser même des générateurs électriques par RED (revers-électro-dialyse). REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication de membranes semi-perméables en partant de la kaolinite, caractérisé en ce que les microcellules qu'elles renferment, produites par la combustion de grains de charbon pulvérisé, préalablement mélangés à la kaolinite, ont un diamètee variant entre 100 et 10 microns selon la grosseur des grains de charbon admis dans le mélange, cette grosseur étant-fonction de l'utilisation. La quantité de ces grains plus ou moins gros déterminera le taux de perméabilité. 2) Procédé de fabrication de membranes semi-perméables selon la revendication l caractérisé en ce qu'il permet d'obtenir des membranes à potentiel anionique et cationique, employées notamment dans l'électro- dialyse pour la purification des liquides et également comme générateur d'énergie électrique par le procédé R.E.D. (Revers Electro Dialyse). 3) Procédé de fabrication de membranes semi-perméables selon la revendication 1 et la 2 caractérise en ce que pour obtenir un potentiel anionique on utilise comme porteur d'oxygène des peroxydes de fer Fe2 03, des sesquioxydes de Chrome Cr2 03 qui après craquage de leurs molécules vont laisser subsister dans la matière des atomes de fer et de chrome. Ces. métaux vont conférer à la matière un potentiel anionique de-0,41 Volts pour le fer et de-0,55 pour le chrome. 4) Procédé de fabrication de membranes semi-permeables selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que si on utilise la malachite Co3 Cu comme porteur d'oxygène, grâce au cuivre, on va obtenir un potentiel cationique de la matière + 0,34 Volts. Le potentiel entre les deux membranes anioniques et cationiques va produire une séparatôon d'ions dans la solution électrolytique. 5) Procédé de fabrication de membranes semi-perméables selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce que sous l'effet d'un gradient de concentration de l'electrolyte ci-dessus, on va générer un courant électrique. Cet électrolyte peut être de l'eau salée que l'on peut ensuite purifier tout en produisant un courant électrique.