Brevet FR2665853A1 — publié le 19920221

PROCEDE DE TRAITEMENT DE REGENERATION SELECTIF DE SABLES DE FONDERIE USAGES L'invention suivante concerne un procédé de traitement de régénération sélectif des sables de fonderie usagés, pour leur récupération et leur réutilisation à la place de sable neuf. La technique du moulage de la fonte et de l'acier mou- lé, et ici plus spécialement la technique de fonderie, se sert de ressources qui dépendent considérablement des exigen- ces et des contraintes imposées par la protection de l'envi- ronnement Parmi ces ressources, il faut comprendre en parti- culier le sable de moulage à l'aide duquel le modelage du moule peut être réalisé. On doit distinguer ici entre les sables naturels et les sables synthétiques Ces derniers sont de purs sables de quartz, en général lavés et classifiés, ne contenant aucune adjonction d'additifs organiques ou minéraux, ni même d'impu- retés. On rend ce sable si pur et bien déterminé quant à sa granulométrie par la taille des grains individuels, apte à la fabrication des moules au moyen d'additifs bien choisis et bien dosés, de nature organique ou minérale. Lors du cycle habituel du sable de moulage d'une fonde- rie, par exemple du sable vert à liaison d'argile, la plus grande partie du sable usagé stocké à l'endroit du décochage, est amenée par l'intermédiaire d'une installation de recy- clage sur le lieu de récupération dans l'atelier de moulage au sable vert Ce sable usagé est principalement un mélange de sable de moulage à liaison d'argile et de petites parti- cules de sable à noyau reliées par des moyens chimiques qui est, pour la première fois, introduit dans le cycle comme sable neuf Le sable usagé contient encore habituellement de l'argile colloïdale active (bentonite) ainsi que des résidus carbonés, en particulier de la poussière de charbon cokéfiée et poreuse En outre, les grains de sable sont de plus en plus modifiés structurellement lors des cycles répétés parce qu'une partie de l'argile colloïdale est, d'une part, brûlée par la surchauffe du métal fondu et, d'autre part, adhère comme une couche céramique poreuse à la surface des grains de quartz (ce phénomène étant dénommé "oolithisation"). Quelques procédés techniques ont été développés et utilisés qui permettent de séparer des grains de quartz les additifs usés comme la bentonite ou les résidus carbonés afin de permettre la réutilisation d'au moins le sable de quartz, qui est présent en grande quantité La séparation du sable de quartz et des moyens de liaison usagés, et autres, s'effectue selon la technique appropriée mais diffère cependant en ce qui concerne les matériaux restants qui entourent encore les grains individuels et dont la partie totale est déterminée en pourcentage par des procédés d'essai Les paramètres déter- minés sont regroupés sous les termes de perte au feu, de schlamms, d'analyse de tamisage et de détermination de la valeur du p H et déterminent, dans leur totalité, la nouvelle récupération du sable. Chaque paramètre de qualité de sable indiqué représente une valeur totale d'une certaine quantité de sable à vérifier. Dans la pratique cependant, le sable est évalué dans sa tota- lité dans l'état dans lequel il se trouve pour la régénéra- tion, sans tenir compte de la taille des grains qui le compo- sent. Pour l'évaluation de la qualité d'un sable, selon l'é- tat de la technique, ces paramètres ne sont pas relatifs à la taille déterminée des grains individuels mais à la valeur moyenne obtenue résultant de la masse examinée Pourtant, les procédés de mélange actuels et les appareils disponibles dans ce but permettent une distribution très régulière et homogène des liants sur les surfaces des grains de sable Ceci impli- que que l'apport de liant soit fonction du poids mais pas de la surface Les surfaces proportionnelles d'une quantité de sable examinée permettent que le dosage du liant ne se réfère pas au nombre de grains plus petits ou plus gros, mais à la quantité en poids. Dans la pratique des quantités de sable examinées iden- tiques sur le plan de la masse présentent des surfaces assez différentes quand elles sont séparées en petits ou en gros grains. Si on part du principe que la charge par unité de sur- face en produits d'addition des gros et des petits grains est identique, cela implique qu'un gramme de gros grains, par exemple, contient moins de liant que la quantité comparable identique de petits grains en raison des rapports de surface plus grands. La totalité du sable se trouvant à régénérer quelle que soit la technique avec laquelle celui-ci est traité est sou- mise, en totalité, à un nettoyage global exigeant du temps et de l'énergie Il paraîtrait conseillé de réaliser une diffé- rentiation au point de vue du temps, de la technique appli- quée et de l'énergie utilisée en fonction des granulométries du sable. Sur la base de cet état de la technique, la présente invention a pour but de proposer un procédé de régénération du sable de fonderie usagé, dans lequel le traitement du sa- ble est effectué sélectivement en fonction des différences de granulométrie On devrait ainsi obtenir un degré uniforme de propreté des grains de quartz indépendamment de leur taille. A cet effet, selon l'invention, le procédé de régénéra- tion sélective des sables usagés de fonderie comporte les étapes suivantes consistant à: dans une première étape, séparer les parties de liant de la masse de base granulée, à l'aide de moyens méca- niques; dans une deuxième étape, accélérer les grains de sable pour engendrer un effet de frottement des grains de sable individuels les uns par rapport aux autres; dans une troisième étape, séparer (trier) les grains de sable de grande taille et les grains de sable de petite taille; dans une quatrième étape, retraiter, le cas échéant, les grains de petite taille. Selon divers modes de réalisation du procédé selon l'invention, l'on soumet les grains de sable de petite taille à un retraitement thermique qui est réalisé par voie mécani- que, par exemple, par lavage suivi d'un séchage. Le traitement thermique est réalisé avantageusement à une température d'environ 3000 C et comprend un sur-refroidis- sement de la masse de sable à traiter à une température de -15 à -200 C. La séparation de la partie de liant est réalisée par tamisage et les grains de petite taille sont évacués hors du système. On va maintenant décrire ci-après le procédé suivant l'invention: Dans une première étape de procédé, on réalise le trai- tement mécanique de base tel que: séparation du sable et des nodules, fractionnement des nodules, élimination des corps étrangers tels que particules métalliques, résidus de bois et de verre et similaires Un dépoussiérage, le cas échéant le séchage du sable ainsi que le refroidissement pour autant qu'ils soient nécessaires, sont également prévus. Dans une deuxième étape de procédé, on réalise le trai- tement qualifié de la masse de sable Le nettoyage du sable est prolongé par frottement et grattage, par dépoussiérage, par projection et, le cas échéant, par traitement thermique. Ceci entraîne la séparation des agents de liaison cokéfiés, frittés ou même brûlés des grains de quartz Le traitement thermique du sable devrait être utilisé de façon très res- trictive. Après cette deuxième étape de procédé, on effectue un contrôle du sable afin de déterminer les paramètres indiqués ci-dessus, tels que: la perte au feu, la proportion de schlamms et le p H, et de procéder à l'analyse par tamisage. Jusqu'à cette étape du procédé, le sable est traité en totalité sans tenir compte de la granulométrie des cons- tituants Le tableau ci-après montre cependant que le sable régénéré présente, après la première et la deuxième étapes de procédé, les pertes au feu et les proportions de schlamms suivantes, en fonction de la granulométrie. Granulométrie Perte au feu Schlamm > 0,5 mm 0,65 % 0,37 % 0,09-0,125 mm 0, 92 * 0,68 % 0,06-0,09 mm 1,18 % 1,58 % Les valeurs trouvées prouvent que pour des granulomé- tries-croissantes et pour la même durée et intensité de trai- tement les valeurs s'améliorent de plus en plus, c'est-à-dire qu'un sable grossier est plus propre qu'un sable à faible granulométrie Etant donné que l'estimation de la valeur instantanée du sable est effectuée sur la valeur de mélange cas par cas, le bon sable grossier est régulièrement influen- cé de façon négative par le sable à faible granulométrie ou fin. Pour éliminer cette influence négative, il faut effec- tuer une sélection entre les grosses et les faibles granulo- métries C'est pourquoi, dans une troisième étape suivant l'invention, la masse de sable est séparée selon la granu- lométrie et les petits grains qui présentent, comme il a été prouvé, une proportion de schlamms et une perte au feu plus élevées, sont soumis à un traitement supplémentaire qui peut inclure un traitement thermique intensif Le traitement ther- mique peut comporter aussi bien une élévation de température, qu'une diminution de température Lors d'un traitement à des températures élevées, on va, selon l'invention, jusqu'à l'é- clatement de la couche de liant, etc, mais pas au-delà, jusqu'au brûlage. Il est également possible de provoquer dans les liants d'enrobage, par une diminution de la température (congéla- tion) à -15 à -20 'C, des tensions thermiques qui permettent une fragilisation de la couche superficielle Ensuite, la masse de sable peut être soumise à une régénération mécanique supplémentaire de telle façon qu'au cours de cette étape de procédé, l'on puisse faire éclater ce que l'on a dénommé des "blindages de substances nuisibles" et qu'il en résulte alors un grain propre. Dès que le nettoyage des grains de faible granulométrie est terminé, ceux-ci sont ramenés dans la masse de sable et réintroduits dans le cycle du sable. EXEMPLE Dans une quantité déterminée d'un sable à régénérer, on sépare la partie de liant de la masse de base des grains de sable Ensuite, la masse de sable soumise à un nettoyage préalable est soumise à un traitement pneumatique avant l'en- gagement préalable d'un triage entre les gros et les petits grains au moyen d'un tamis Il s'est avéré qu'environ 25 % du sable est évacué à cause de sa faible granulométrie pour laquelle il faut entendre une granulométrie dont le diamètre ne dépasse pas 0,1 mm La masse à faible granulométrie éva- cuée est maintenue pendant un certain temps à une température d'environ 3000 C à peu près jusqu'à ce qu'il se manifeste des tensions thermiques suffisantes dans le blindage des subs- tances nuisibles pour engendrer une fragilisation Le trai- tement thermique est interrompu avant qu'il ne se produise une égalisation des températures entre le centre du grain et la couche de substances nuisibles Ensuite, le traitement mécanique de la masse des grains ainsi nettoyés continue jus- qu'à ce que le blindage des substances nuisibles soit éclaté complètement sur chaque grain. Le procédé décrit ci-dessus est particulièrement favo- rable à la protection de l'environnement parce qu'il n'exige aucun brûlage ou combustion, contrairement aux procédés ther- miques connus, ce qui évite la pollution de l'environnement. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de régénération sélective des sables de fonderie usagés, pour leur réutilisation à la place de sable neuf, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes consistant à: dans une première étape, séparer les parties de liant de la masse de base granulée, à l'aide de moyens méca- niques; dans une deuxième étape, accélérer les grains de sable pour engendrer un effet de frottement des grains de sable individuels les uns par rapport aux autres; dans une troisième étape, séparer (trier) les grains de sable de grande taille et les grains de sable de petite taille; dans une quatrième étape, retraiter, le cas échéant, les grains de petite taille. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet les grains de sable de petite taille à un retraitement thermique. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le retraitement thermique des grains de sable de petite taille est réalisé par voie mécanique, par exemple, par la- vage suivi d'un séchage. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé à une tempéra- ture d'environ 3000 C. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le traitement thermique comprend un surrefroidissement de la masse de sable à traiter à une température de -15 à -20 'C. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la séparation de la partie de liant est réalisée par tamisage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les grains de petite taille sont évacués hors du système.