Brevet FR2571362A1 — publié le 19860411

-1- Procédé pour la préparation de corps légers moulés à partir de disper- sions aqueuses contenant des fibres céramiques, des matériaux réfrac- taires finement divisés et des additifs usuels L'invention concerne un procédé pour la préparation de corps légers moulés à partir de dispersions aqueuses contenant des fibres céra- miques, des matériaux réfractaires finement divisés en particules de taille Les corps légers moulés, qui contiennent des fibres céramiques en tant que partie constitutive, sont utilisés comme isolants et comme revêtements qui entrent en contact avec des métaux en fusion, en particu- lier l'aluminium et des. alliages d'aluminium. Par exemple, dans la demande de brevet DE - 1 9 4 7 9 0 4 est décrit un matériau calorifuge, réfractaire, constitué à partir de fibres de silicate d'aluminium et d'un liant, lequel matériau contient des charges réfractaires particulaires. Ce matériau calorifuge connu est préparé à partir d'une suspension aqueuse ayant une consistance de 1%, par déshy- dratation dans des moules à tamis. En tant que liant, ce matériau réfrac- taire contient de l'amidon et un sol colloidal de bioxyde de silicium. On connaît en outre, d'après la demande de brevet européenne 0 077 444 un matériau en plaques contenant des fibres céramiques, qui contient une faible proportion de fibres céramiques, un liant organique et du bioxyde de silicium colloidal en tant que liant inorganique ainsi que de petites quantités d'un agent de floculation, ce matériau en plaques comprenant encore plus de 50% en poids d'une charge réfractaire inorga- nique. Dans la préparation de ces plaques, on utilise en tant qu'agent de floculation un agent de floculation cationique de type polyacrylamide, que l'on ajoute en dernier à la suspension aqueuse des autres composants. D'après la demande de brevet DE 1 646 449 on Connaît un matériau isolant réfractaire et un procédé pour sa prépa- ration, lequel matériau est constitué de 2 à 10% en poids de fibres de silicate d'aluminium, de bioxyde de silicium très finement divisé et de liant d'aluminate de calcium, ainsi que de 32 à 68% d'eau, rapporté au mélange sec. 7 1362 -2- - Le but de la présente invention est un procédé amélioré pour la préparation de corps légers moulés qui peuvent être utilisés en par- ticulier en tant que matériau de remplacementde l'amiante dans des fonderies, en particulier dans des fonderies pour aluminium ou alliages d'aluminium, et les corps légers moulés ou les briques réfractaires légères ne doivent contenir que des quantités relativement faibles de fibres céramiques, et pourtant des densités apparentes de 0,5 g/cm3 à l'état sec ou cuit peuvent être obtenues, les propriétés mécaniques telles que la résistance à l'affaissement sous charge à froid et la conductibilité thermique ayant des valeurs suffisamment bonnes et les corps légers moulés étant préparés de façon très économique. Ce but est atteint avec le procédé selon un premier mode de réalisation, qui est caractérisé en ce que a) on fait floculer avec un agent floculant cationique une dispersion des fibres céramiques, b) cnfait foculerazecun agentfloculantanioniqueunedispersiond'une arbotine des matériaux réfractairesfinnementdivisés et d'un liant inorganique, c) on méIange l'une avec l'autre les deux dispersions floculées, et d) après la sédimentation du mélange et l'élimination éventuelle du liquide surnageant, le mélange est, d'une façon connue en soi, placé dans des moules, transformé par déshydratation en corps légers moulés et le corps léger moulé est ensuite séché et éventuellement cuit. - Selon un deuxième mode de réalisation, le procédé est caracté- risé en ce que a) on fait floculer avec un agent floculant cationique une dispersion des fibres céramiques, b) on ajoute à cette dispersion floculée les matériaux réfractaires finement divisés et les liants inorganiques, éventuellement délayés avec de l'eau, c) on incorpore à ce mélange la solution d'un agent floculant anionique, et d) après la sédimentation du mélange et l'élimination-éventuelle du liquide surnageant, le mélange est, d'une façon connue en soi, placé dans des moules, transformé par déshydratation en corps légers moulés et le corps léger moulé est ensuite séché et éventuellement cuit. 2571 3 62 -3- Selon un mode de réalisation préféré, la proportion des fibres céramiques peut être de2 à 10% en poids et la proportion des matériaux réfractaires peut être de 90 à 98% en poids, calculé par rapport à la somme totale en matière sèche des fibres de céramique et des matériaux réfractaires, pour la préparation de corps légers moulés ayant une densité apparente 1 g/cm3 et une résistance à l'affaissement sous charge à froid > 4 N/mm2, des proportions de fibres céramiques allant de 5 à 10% en poids et de matériaux réfractaires allant de 90 à 95% en poids étant particulièrement appropriées. Selon un autre mode de réalisation préféré, le moule utilisé au stade d) pour la déshydratation est rempli avant l'introduction du mélange, à une hauteur de 1 à 10 cm, avec une solution d'un agent flocu- lant anionique. Ceci permet d'obtenir-une sédimentation régulière de la dispersion aqueuse au cours de la déshydratation, si bien qu'il n'y a pas sur les corps légers moulés de formation de bordure externe ayant une autre composition que dans la partie interne des corps légers moulés. Selon un autre mode de réalisation préféré, grâce auquel il est possible en particulier d'obtenir des faibles densités apparentes des corps légers moulés finis, on utilise au stade a) une dispersion des fibres céramiques ayant une consistance de moins de 0,3% en poids et, avantageusement, ayant une consistance de 0,08 à 0,2% en poids de fibres. Selon un autre mode de réalisation préféré, on peut utiliser aussi, en plus des fibres céramiques, des fibres organiques, celles-ci étant ajoutées en une quantité de 0,5 à 2% en poids, rapporté à la totalité des fibres céramiques utilisées, lors de l'introduction de la barbotine utilisée au stade b) selon le premier mode de réalisation, avant la flo- culation de celle-ci. En tant que fibres céramiques, on peut utiliser toutes les fibres céramiques employées dans le domaine des produits réfractaires, celles-ci ayant habituellement une teneur en A1203 supérieure à 45% en poids. De telles fibres sont désignées également sous le nom de "fibres de silicate d'aluminium". En tant que fibres céramiques, on peut cependant utiliser aussi des fibres dites "de quartz", c'est-à-dire des fibres constituées de Si02, en outre, également des fibres dites "d'oxyde d'aluminium", -4- c'est-à-dire des fibres ayant une teneur en Al1203> 95% en poids. Les matériaux réfractaires finement divisés, utilisés selon l'invention dans la préparation des corps légers moulés, ayant une taille de particules de zirconium, le silicate de zirconium, l'oxyde de magnésium, la cordié- rite, le carbone ou le graphite, le coke et le carbure de silicium. En tant qu'agents floculants cationiques, on utilise des poly- électrolytes connus en soi, par exemple des esters d'acide méthacrylique (nom commercial Rohafloc KF975). Les polyélectrolytes sont utilisés habituellement en une quantité de 5 g pour 100 kg de la dispersion. Ces agents floculants cationiques sont habituellement mis sous forme d'une solution ayant une concentration de 0,5 à 1% en poids, avantageu- sement sous forme de solutions à 1% en poids, et dilués encore avant l'utilisation pour donner une solution de concentration allant de 0,05 à 0,1% en poids. En tant qu'agents floculants anioniques, on peut utiliser des - polyélectrolytes anioniques connus en soi, à base d'acrylamide, leur quantité s'élevant habituellement à 15 g pour 100 kg de la dispersion de barbotine. Ces agents floculants anioniques sont également mis sous la forme d'me solution, habituellement à une concentration de 0,25 à 0,5% en poids, et avantageusement sous forme de solution à 0,5% en poids, et ils sont encore dilués avant l'utilisation pour donner une solution à une concentration de 0,05 à 0,1% en poids. Dans l'utilisation d'un polyéleptrolyte cationique, tel qu'un ester d'acide méthacrylique, et d'un agent floculant anionique tel qu'un polyélectrolyte anionique à base d'acrylamide, le rapport agent floculant cationique: agent floculant anionique est par-conséquent avantageusement de 1: 3. Comme liants à introduire éventuellement, on peut utiliser dans la préparation des corps légers moulés selon l'invention les liants connus usuels, tels que par exemple des liants constitués d'argile et de phosphates. Grâce à la préparation séparée des dispersionss, d'une part des fibres céramiques et d'autre part de la barbotine constituée par les matériaux réfractaires finement divisés, à la floculationdistincte préalable 2571 3 62 -5- de ces dispersions avec des agents floculants différents, et au mélange des dispersions floculées effectué ensuite, il est possible d'obtenir dans les corps légers moulés une fois séchés ou cuits de très faibles densités apparentes, de bonnes propriétés mécaniques telles que des valeurs relativement élevées des résistances à l'affaissement sous charge à froid pouvant néanmoins être obtenues et la conductibilité thermique des corps légers moulés étant néanmoins conservée. La même chose s'applique au mode de réalisation du procédé selon l'invention, dans lequel on incorpore la solution d'un agent floculant anionique dans le mélange constitué par la dispersion floculée des fibres et par les matériaux réfractaires finement divisés ajoutés. Après l'addi- tion de la solution de l'agent floculant anionique ou après le mélange des deux dispersions floculées, on peut laisser reposer un certain temps le mélange obtenu, ce par quoi il sédimente, si bien que le liquide surna- geant, qui est constitué essentiellement d'eau, peut être éliminé. Ce liquide surnageant peut alors être de nouveau utilisé pour faire de nou- velles dispersions de la barbotine ou des fibres céramiques, si bien que la consommation totale d'eau dans le procédé selon l'invention peut être maintenue basse en dépit de la consistance éventuellement faible des dispersions. La préparation des corps moulés est effectuée d'une façon connue en soi à l'aide de moules à tamis, la déshydratation pouvant être encore facilitée par application de vide. Après la déshydratation dans les moules des corps légers moulés, ceux-ci sont séchés, habituellement à des tempé- ratures de 110 à 180 C, et ils peuvent ensuite être encore éventuellement cuits, au cas o l'utilisateur final désire un corps léger moulé cuit. Les corps légers moulés peuvent toutefois être livrés à l'utilisateur final également après le séchage, c'est-à-dire après l'élimination de l'eau physiquement liée. La préparation des dispersions de la barbotine ou de la fibre céramique peut être effectuée au moyen d'un agitateur dans des récipients appropriés; les deux dispersions sont alors mélangées l'une avec l'autre. Ce mélange peut être effectué soit d'une façon discontinue soit, en utili- sant des dispositifs de réglage de flux appropriés, un mélange en continu des deux dispersions dans les rapports de quantités désirés peut être -6- effectué, ce qui rend possible une opération en continu. De même, dans le deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention, dans lequel la solution d'un agent floculant anionique est ajoutée au mélange constitué de la dispersion floculée des fibres céra- miques et des matériaux réfractaires finement divisés, une opération discontinue peut être effectuée ou bien un mélange en continu du mélange avec la solution de l'agent floculant anionique peut être effectué en faisant appel à des dispositifs de réglage de flux appropriés. Dans les deux modes de réalisation du procédé selon l'invention, il est également possible, lors de la préparation des dispersions de départ ou de la dispersion de départ, d'effectuer en continu la flocula- tion des dispersions ou la floculation de la dispersion et l'addition des matériaux réfractaires finement divisés éventuellement additionnés de petites quantités d'eau. Par le procédé selon l'invention, on peut préparer des corps légers nmoulés sous forme de plaques, de blocs, de tubes, etc., d'une façon con- nue en soi, pour la préparation de tels corps moulés à partir de dispersions aqueuses, c'est-à-dire habituellement par utilisation de tamiseurs appropriés et de dispositifs pour l'aspiration de l'eau, par exemple de chambres à vide. Selon le premier mode de réalisation du procédé, on doit opérer dans deux récipients, car les deux dispersions des fibres céramiques ou des matériaux réfractaires finement divisés doivent être en premier lieu préparées séparément. Ce mode de réalisation du procédé selon l'invention convient particulièrement pour la préparation de corps légers moulés ayant une densité apparente 1 g/cm3. Dans le deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention, on n'a besoin que d'un seul récipient pour la préparation du mélange, ce qui permet de diminuer les coûts, eu égard aux installations de traite- ment requises. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour la préparation de corps légers moulés ayant une densité apparente 1 g/cm'. La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après. -7- Exemple 1 On a dispersé dans 4 500 1 d'eau 9 kg de fibres ayant une teneur en Al 203 de 47% en poids. Cette dispersion a été floculée avec un agent 2 3 Roafo5F95 floculant cationique courant dans le commerce (nom commercial Rohaflo HF975) qui a été ajouté en une quantité d'environ 6 1, sous forme d'une solution à 0,1%. Cette dispersion a été bien brassée dans un récipient de 6 m3 et on l'a laissée sédimenter; après la sédimentation, on a retiré environ % de l'eau limpide surnageante. Dans un deuxième récipient de 6 m3, on a dispersé dans 1300 kg d'eau, au moyen d'un agitateur à hélice,64kg de bauxite finement divisée, kg d'argile et 1 kg des fibres céramiques utilisées précédemment. On a ajouté à cette suspension un agent floculant anionique (nom commer- cial Rohafloc4 SF170) sous forme d'une solution aqueuse à 0,1% en poids, en une quantité d'environ 18 1. On a laissé également cette suspension sédimenter, puis on a retiré 60% du liquide limpide surnageant. On a ensuite mélangé les deux dispersions l'une avec l'autre en les faisant s'écouler simultanément dans un récipient de 6 m 3. Après la sédimentation, on a soutiré environ 70% du liquide limpide-surnageant. L'ensemble des liquides soutirés, c'est-à-dire pratiquement de l'eau pure, a pu être utilisé pour la préparation de nouvelles dispersions. Le mélange lui-même a été ensuite placé, pour la préparation de plaques, dans un moule approprié, pourvu d'un fond perforé. Par déshy- dratation avec application de vide, on a préparé des plaques ayant une épaisseur de 2 à 5 cm. Après le séchage à 150 C pendant 8 heures, ces plaques avaient une densité apparente de 0,8 g/cm3. Exemple 2 On a répété le mode opératoire de l'exemple 1 pour la préparation de la dispersion des fibres céramiques. On a ajouté à la dispersion ainsi préparée 25 kg d'argile et 64kg de bauxite finement divisée ayant une taille de particules de 0,09 mm. On a bien agité le mélange obtenu et on a délayé dans le mélange agité une solution à 0,1% de l'agent floculant anionique utilisé dans l'exemple 1. On a laissé ensuite sédimenter le mélange, puis on l'a trans- formé en plaques suivant le mode opératoire de l'exemple 1. Les plaques obtenues avaient une densité apparente de 1,1 g/cm3. 25713 Z62 -8- Exemple 3 On a répété le mode opératoire de l'exemple 1, en utilisant toutefois des fibres céramiques ayant une teneur en alumine élevée d'envi- ron 95% d'A1203. Les plaques obtenues avaient une densité apparente de 0,9 g/cm3. Exemple 4 On a répété le mode opératoire de l'exemple 1, en utilisant toutefois, lors de la préparation de la dispersion de barbotine, au lieu de 1 kg de fibres céramiques, 2 kg de fibres de sisal. Les briques légères moulées avaient une densité apparente de 0,75 g/cm3. Exemple 5 On a répété le mode opératoire de l'exemple 2, en utilisant toutefois, lors de la préparation de la dispersion de barbotine, un liant hydraulique à la place de l'argile, et de l'alumine à la place de la bauxite. Les plaques légères moulées avaient une densité apparente de 1 g/cm3. --9-- REVENDICATIONS 1. Procédé pour la préparation de corps légers moulés à partir de dispersions aqueuses contenant des fibres céramiques, des matériaux réfractaires finement divisés en particules de taille et le corps léger moulé est ensuite séché et éventuellement cuit. 2. Procédé pour la préparation de corps légers moulés à partir de dispersions aqueuses contenant des fibres céramiques, des matériaux réfractaires finement divisés en particules de taille et le corps léger moulé est ensuite séché et éventuellement cuit. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la proportion des fibres céramiques est de 2 à 25% en poids et la proportion des matériaux réfractaires est de 75 à 98% en poids, préférablement de 5 à 10% en poids ou de 10 à 17% en poids de fibres céramiques et de 90 à 95% ou de 83 à 90% en poids de matériaux réfractaires, -10- calculé par rapport à la scnme des matières sèches des fibres céramiques et des matériaux réfractaires. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'au stade d), avant l'introduction du mélange, le moule est rempli à une hauteur de 1 à 10 cm avec une solution d'un agent floculant anionique. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'au stade a) on utilise une dispersion des fibres céramiques ayant une consistance de moins de 0,3% en poids de fibres. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'on utilise une dispersion ayant une consistance de 0,08 à 0,2% en poids de fibres. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lors de la préparation de la dispersion de la barbotine utilisée au stade b), avant la floculation de celle-ci, on ajoute 0,5 à 2% en poids de fibres céramiques ou de fibres organiques, rapporté à la totalité des fibres céramiques utilisées.