Brevet FR2662689A1 — publié le 19911206

NOUVEAU PRODUIT POUR L'ALIMENTATION DES FOURS DE VERRERIE ET PROCEDE POUR SON OBTENTION La présente invention concerne la technique verrière et plus particulièrement la production de verre en continu destiné à l'alimentation de machines ou installations de transformation. Bien que L'invention trouve une application particulièrement préférée dans les lignes de production de bouteilles, flacons et analogues, il doit être considéré que d'autres applications peuvent être retenues. Dans le domaine technique ci-dessus, il est d'usage d'alimenter les fours de verrerie avec une quantité importante de matières premières dites nobles (60 à 70 %) et avec une quantité complémentaire de L'ordre de 30 à 40 % de verre de récupération (généralement appelé groisil ou calcin) qui est essentiellement un verre usagé d'origine ménagère, collecté à L'aide de conteneurs disposés dans Les agglomérations urbaines. Pour la teinte de verre verte, qui représente l'une des teintes de verre les plus fabriquées, il est tout à fait possible d'utiliser une proportion beaucoup plus importante de groisil pouvant même aller jusqu'à 100 % si le groisil utilisé est d'excellente qualité. La qualité du groisil s' apprécie en fonction de son degré de pureté en verre, c'est-à-dire que moins le groisil contiendra de matériaux étrangers au verre, plus il sera de bonne qualité. Ces matériaux étrangers sont de tous ordres (porcelaine, faïence, grès, carrelage, terre, pierres, bois, métaux, papiers, etc...). Ils sont malheureusement introduits dans le groisil lors des différentes phases de la récupération (déchets ménagers, conteneurs, transport, stockage, etc...). Ils constituent au regard du process verrier une source de pollution importante qui pénalise les rendements de production et la qualité des emballages en verre fabriqués. C'est la raison pour laquelle, une fois collecté, le groisil doit être traité avant de pouvoir être enfourné dans les fours. Le traitement du groisil constitue en L'état actuel des connaissances, une opération : - qui impose des conditions de travail généralement pénibles, car le tri s'effectue essentiellement à la main, - qui est compliquée, car elle nécessite la mise en oeuvre de nombreuses phases successives d'opérations qui sont par ordre chronologique : stockage, premier criblage, première déférisation par séparateur magnétique, première aspiration ou soufflage des matériaux plus légers que le verre, premier tri manuel, deuxième tri manuel, deuxième déférisation, deuxième soufflage ou aspiration, puis, le cas échéant, lavage et/ou tri optique à L'aide de caméras matricielles et de marteaux éjecteurs pour l'éLimination des corps étrangers opaques. - qui est d'une fiabilité très aléatoire, car compte tenu des masses de groisil triées (de L'ordre de 14 T/H) et compte tenu des moyens de tris mis en oeuvre, il est matériellement impossible d'éliminer tous les corps étrangers au verre. Par conséquent, même traité, le groisil demeure une source importante de pollution, dont l'un des effets se matérialise par la presence de matériaux infusibles, encore appelés grains et qui correspondent à des particules de faience, céramique, grès, etc... qui, ayant un point de fusion supérieur à celui du verre, ne sont pas totalement digérés pendant le processus de fusion et se retrouvent ensuite dans les emballages en verre sous forme d'inclusion. Il est bien connu que la présence de grain dans un emballage en verre fragilise ce dernier et nécessite obligatoirement la destruction de l'article comportant ce défaut. En outre, il peut être considéré que dans des conditions normales d'exploitation, un four produit environ 2,5 tonnes de pâte de verre par mètre carré/jour et le temps de séjour de la pâte de verre avec sine 6 à 10 heures dans Le four porté à une température de plus de 1 300 C. Dans de telles conditions, on a constaté que des fragments d'infusibles de 2 à 5 millimètres pouvaient être digérés à raison d'environ 50 %. Par contre, la digestion des grains devient quasiment nulle lorsque les conditions de production tendent vers 3 tonnes par mètre carré/jour pour un même four. Or, de telles conditions d'exploitation des fours sont de plus en plus fréquemment recherchées et l'absence de digestion des particules infusibles constitue un handicap rédhibitoire qui limitera toujours le tirage des fours ou la proportion de verre à recycler tant qu'une solution fondamentalement nouvelle ne sera pas apportée pour résoudre le problème du traitement du groisil, et ce, d'autant plus que les réglementations actuelles et futures relatives à l'environnement imposent et imposeront le recyclage de quantités de plus en plus importantes de groisil. Pour respecter les objectifs de production et de qualité, les seules solutions connues sont donc d'accroître le temps de séjour du groisil dans le four ou de réduire la proportion de calcin ou groisil. Outre les inconvénients ci-dessus, il faut, par ailleurs, noter que La recherche d'une plus grande digestion des infusibles conduit à augmenter la température du four, ce qui entraîne une plus grande dépense d'énergie et aussi une accélération de l'usure du revêtement réfractaire du four. On pourrait penser que pour résoudre le problème ci-dessus, il suffirait de broyer le calcin ou le groisil de manière à réduire la taille des fragments du verre de récupération utile, mais aussi des corps infusibles inutiles. Il s'agit effectivement d'une proposition connue qui aboutit toutefois à fournir environ 50 % de particules de verres et autres et 50 % de fines dont on ne maîtrise pas l'utilisation pour les raisons qui suivent. Les fines de calcin ou de groisil posent un très gros problème de stockage en raison de la prise d'humidité qu'elles acceptent. Des problèmes de transfert et d'alimentation des installations sont donc à considérer avec des risques de colmatage au sein même des appareillages. Les fines de groisil posent, par ailleurs, un gros problème de manutention, tant pour les installations que pour le personnel qui les sert, en raison de la pollution manifeste que de telles fines engendrent. En outre, des fines de groisil qui seraient incorporées comme telles dans un four de fusion seraient génératrices d'hétérogénéité du verre fondu produit. Cette hétérogénéité est à mettre au compte d'une réaction préférentielle des fines avec, notamment, le carbonate de soude qui est incorporé aux matières premières pour favoriser la fusion et provoquer une réaction avec le sable qui entre également dans la composition à hauteur d'environ 70 %. Un procédé d'utilisation de matériau de récupération conduisant à un taux de rebus d'environ 50 % ne peut être pratiquement envisagé en raison de la pénalisation économique qui en découle. La présente invention vise à apporter une solution aux problèmes importants ainsi posés dans la production de verre en partie à base de matériau de récupération pour une alimentation de lignes de transformation et, notamment, de lignes de fabrication de bouteilles ou d'autres emballages en verre. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, l'invention préconise de réaliser un nouveau produit d'alimentation des fours de verrerie, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un corps compact, solide, constitué de particules de groisil et d'un liant entrant dans le processus de fusion du verre dans le four. L'invention a également pour objet un procédé d'obtention d'un tel nouveau produit, qui se caractérise par - un broyage-pulvérisation du groisil, - un tamisage pour éliminer les métaux et d'autres produits non verriers et obtenir une masse de particules ayant une granulorràtrie comprise entre 0,05 et 2 millimètres, - un mélange des particules avec une composition liante incorporée, à raison de 2 à 10 % en poids des fines de groisil, - un remplissage d'un moule avec le mélange, - une agglomération par pressage-compactage du mélange dans le moule pour obtenir un corps solide, - un démoulage du corps solide et compact obtenu, - et un étuvage du corps pour atteindre un séchage. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La fig 1 est une vue schématique montrant une forme de production du nouveau produit d'alimentation des fours de verrerie. Les fig. 2 à 5 sont des vues schématiques illustrant différentes phases de production du nouveau produit. La proposition de l'invention est de fournir un nouveau produit d'alimentation des fours de verrerie, nouveau produit obtenu à partir de verres de récupération généralement dénommés calcin ou groisil. Ce nouveau produit, dont un exemple de réalisation est illustrée par la fig. 1, se présente sous la forme d'un corps 1 compact, solide, constitué à partir de particules de groisil ou calcin. Les particules sont agglomérées entre elles, par tous moyens appropriés, à partir d'un liant choisi parmi ceux dont la présence est acceptable, profitable, bénéfique, voire nécessaire ou encore essentielle pour le processus de fusion du verre dans le four, à partir de L'incorporation de matières premières nobles et d'une proportion déterminée de verres de récupération. Le corps 1 est constitué par agglomération de particules de groisil présentant une granulométrie comprise entre 0,05 et 2 millimètres et plus particulièrement de fines de granulométrie égale ûu inférieure à 1 millimètre. Le liant utilisé est une composition aqueuse à base de soude. Un silicate de soude ou une lessive de soude caustique peut être utilisé. La composition aqueuse est obtenue par mélange sous pression et à haute température entre 140-160 C, à raison de 25 à 60 x en poids de silicate de soude, dans la quantité suffisante d'eau. La composition Liante est mélangée aux particules de groisil à raison de2 à 10 % en poids de ces dernières. Une composition liante convenant particulièrement bien comprend 40 % en poids de liant incorporé à 60 % en poids d'eau. Une telle composition est mélangée à raison de 8 % en poids avec des particules de groisil dont la granulométrie est de 0,05 à 2 mm. Dans une autre forme d'exécution, des additifs peuvent être ajoutés au mélange liant-particules de groisil, en vue d'accélérer la formation des corps 1. Par exemple, de tels additifs sont du type ester organique ou gaz carbonique. Le nouveau produit peut être réalisé par agglomération, notamment par pressage-compactage, de façon à posséder toutes formes appropriées découlant du mode de production, de conditionnement ou de transfert d'alimentation retenu. La fig. 1 montre un exemple de réalisation sous la forme d'un boulet, selon la technique de pressage traditionnelle. Le volume du corps est de préférence compris entre 1 cm3 et 100 cm3. Il peut, bien entendu, être envisagé de réaliser le corps compact, solide sous une forme différente, tel qu'un boudin, une plaque plane, une brique, une briquette, une carotte, par des moyens de pressage-compactage en continu ou en discontinu. Il doit être considéré qu'il est également possible de réaliser le nouveau produit sous forme de blocs, de plaques ayant des dimensions largement plus importantes que celles généralement retenues pour la constitution des formes d'obtention décrites précédemment. Le nouveau produit, obtenu sur la base des compositions décrites précédemment, a été utilisé expérimentalement en tant que produit d'alimentation de fours de verrerie. Un tel produit a été utilisé dans des conditions satisfaisantes dans un four de 96 mètres carrés de surface de fusion produisant 250 tonnes de verre par jour, pour l'alimentation de deux lignes de fabrication de bouteilles. Les essais qui ont été effectués permettent de considérer qu'il est possible d'alimenter un four de fusion avec largement plus 50 % de ce nouveau produit 1 à base de groisil par rapport aux produits nobles de première incorporation. Il a été possible de mettre en évidence les avantages suivants - amélioration de L'homogénéité du verre affiné, - stabilité de la densité du verre, - aucune incidence sur l'affinage, - réduction possible de la sollicitation de la sole du four, - une fusion normale du nouveau produit sans consommation supplémentaire de soude, - une diminution envisageable des volages du four. Les essais montrent que l'alimentation d'un four de fusion permet d'abaisser le taux d'impuretés dans le verre produit et d'atteindre des résultats jusqu'à présent inaccessibles, telle que l'obtention en fin de ligne de production d'un taux inférieur à 10 grains à la tonne de verre travaillé, alors que les taux rencontrés dans les techniques connues sont de L'ordre de 20 à 40 grains à la tonne. Cette réduction substantielle du taux de grain représente selon le type de four utilisé, un gain de rendement de l'ordre de 1 à 2 %. Il est apparu, également, que des améliorations de résultat, notamment dans le processus de fusion-affinage, pouvaient être obtenues en prévoyant de réchauffer le nouveau produit à une température comprise entre 100 et 600 C, préalablement à son incorporation dans le four de fusion. Un tel réchauffage permet un gain d'énergie substantiel et des meilleures conditions de fusion progressive. En raison de la forme solide, compacte du nouveau produit, il est possible d'assurer ce réchauffage en prévoyant d'imposer au cheminement du produit nouveau, dans son transfert au four de fusion, un passage à travers le circuit d'évacuation et de récupération de chaleur des fumées et gaz de combustion du four. Une telle possibilité est essentiellement permise en raison de la nature compacte et solide du nouveau produit d'alimentation. Le nouveau produit d'alimentation décrit ci-dessus peut être obtenu de plusieurs façons possibles dont L'une des préférées consiste, comme cela est illustré par la fig. 2, à prélever par un moyen de transport 2, par exemple du type convoyeur ou transporteur à défilement sans fin, du groisil à partir d'une masse 3 récupérée et stockée ou entreposée dans des conditions habituelles pour ce qui concerne le verre de récupération. Le prélèvement s'effectue en vrac par tous les moyens de préhension appropriés, de manière à constituer un lit ou une couche sur le transporteur 2. Si la qualité du groisil G l'exige, le groisil peut être acheminé par le transporteur 2 dans une station 4 de lavage comprenant un bassin 5 dans lequel ce groisil G est immergé et transporté par vibrations.Le bassin 5 est équipé de canalisations d'alimentation et de soutirage 6 et 7 permettant de maintenir un niveau constant, d'extraire, en partie au moins, le produit liquide de lavage pollué et d'assurer son remplacement par un liquide propre. Le bassin 5 peut être équipé de tous moyens acceptables pour prélever le groisil G ou pour le brasser à l'intérieur du milieu liquide pour en assurer te nettoyage. Un tel moyen, représenté sous la forme d'une roue à aubes 8, est aussi chargé d'extraire le groisil lavé pour le diriger vers une installation de broyage 9 représentée de façon schématique sous la forme d'une enceinte 10 comportant un système de broyage, par exemple à marteaux 11, du type rotatif. Le broyage est effectué pour obtenir des particules de groisil de granulométrie souhaitée. Le broyat issu de L'installation 9 est dirigé ensuite, comme cela est illustré par la fig. 4, dans une installation de tamisage 12 comprenant un crible ou un tamis 13 soumis à vibrations de façon connue et destiné à éliminer par une sortie 15, les corps autre que le groisil. Avantageusement, L'installation de tamisage 12 comprend un second crible ou tamis 13a interposé entre le tamis 13 et un transporteur 16 et destiné à récupérer les fragments de granulométrie supérieure à 2 millimètres et qui sont évacués du tamis 13a par une sortie 15a, en vue de les recycler. Les opérations de broyage et de tamisage décrites ci-dessus, permettent d'obtenir un tri simple et sélectif qui repose sur L'une des qualités essentielles du verre, à savoir sa très forte friabilité par rapport aux autres matériaux tels que le bois, le plastique, le carton ou le papier. En outre, ce procédé permet de supprimer les opérations fastidieuses de tri initiales, ce qui représente un allègement considérable pour le recyclage du verre d'emballage. Les particules de granulométrie inférieure ou égale à 2 millimètres sont déposées par l'intermédiaire du tamis 13a en un lit sur le transporteur 16 qui les prend en charge pour les acheminer vers un mélangeur 17 dans lequel, par dosage pondéral ou volumétrique, un mélange proportionnel est effectué avec la composition liante du type décrit précédemment,. fournie par une trémie ou un réservoir 18 en charge ou non. Selon le procédé utilisé, le mélange est effectué à une température de 20 à 100 C pendant une durée de 1 à 10 minutes par l'intermédiaire d'un mobile d'agitation du type tournant, entraîné à une vitesse de rotation de quelques tours/minute. Le mélange issu du mélangeur 17 est transféré par L'intermédiaire d'une trémie-tampon 19 pour être amené dans une installation 20 d'agglomération pressage-compactage permettant de conférer au nouveau produit la conformation recherchée. A titre d'exemple, lorsqu'il s'agit de produire des boulets, des briquettes, des plaquettes ou d'autres corps compacts, solides, de semblable conformation, L'installation 20 peut comporter des demi-moules complémentaires 21a et 21b entraînés en défilement sans fin par l'intermédiaire de transporteurs 22a et 22b qui sont disposés pour délimiter face à face deux brins rectilignes défilant à vitesse constante et en phase.Les demi-moules 21b se présentent successivement en position de remplissage sous la trémie 19 et forment ensuite avec le demi-moule complémentaire 21a le moule qui suit le segment de cheminement commun où une action de pressage-compactage peut intervenir. A la sortie de l'installation 20 et, notamment au-delà du segment de cheminement commun entre les transporteurs 22a et 22b, les corps compacts, solides, conformés à partir du mélange précédent sont délivrés par l'ouverture de moules et pris en charge par un transporteur 23 chargé d'en assurer le cheminement à travers un four 24, par exemple du type tunnel, destiné à provoquer L'évaporation de la phase aqueuse de la composition Liante. Au-delà du four 24, les corps compacts, solides, définitivement constitués, sont alors reçus et stockés dans tous moyens 25 appropriés pour un transport ou un conditionnement ultérieur. Le moyen 25 peut, bien entendu, être inexistant lorsque la chaîne de production du produit selon les fig. 2 à 5 se trouve disposée immédiatement en amont de l'alimentation d'un four de fusion et travaille à une cadence permettant d'assurer l'alimentation en continu, tamponnée ou non, d'un tel four. Sur la base des compositions liantes définies ci-dessus, la phase de chauffage par étuvage pour produire l'évaporation peut être conduite pendant une durée comprise entre 2 et 30 minutes en faisant intervenir une température comprise entre 100 et 500 C C. Les moyens de production ci-dessus permettent d'éliminer, notamment par l'installation de tamisage 13, les corps autres que le groisil difficilement broyables dans L'installation 9. Le produit nouveau présente, en outre, un intérêt considérable, car il dispense de procéder à tout tri initial du groisil, telle que cette opération est actuellement exigée pour tenter de réduire le plus possible la présence de corps non fusibles ou génants. Le broyage de toutes les particules de matières, autres que métalliques, bois, plastiques, papiers ou cartons permet d'aboutir à l'obtention de particules de très faibles dimensions qui peuvent alors être totalement digérées par le four pendant la phase de fusion, dans des conditions normales d'exploitation, telle qu'une température de 1350 et d'un temps de séjour de 6 à 10 heures. Une telle digestion permet de réduire très largement en dessous des normes actuellement connues, le nombre des particules infusibles par tonne de verre produite. Le procédé de L'invention peut faire intervenir une variante consistant à placer, par exemple dans l'installation 12, un troisième tamis sous le tamis 13a. De cette manière, il devient possible d'obtenir à partir du broyat, d'une part, des particules de granulométrie comprise, par exemple entre 0,7 et 2 millimètres, et qui sont acheminées directement en vrac pour l'alimentation d'un four et, d'autre part, des fines de granulométrie comprise entre 0,05 et 0,7 millimètres, par exemple, qui sont dirigées vers le mélangeur 17 pour donner lieu à la formation ultérieure de corps compacts solides ainsi uniquement constitués à partir de fines de groisil. Il doit être considéré que la phase d'agglomération peut faire intervenir différents procédés. Dans tous les cas, il est jugé préférable d'exercer une action de pressage-compactage faisant intervenir, par exemple, une force de 20 à 40 kilonewton par cm sur la presse, cette pression s'entendant appliquée par unité de longueur de frette. Des résultats particulièrement intéressants sont obtenus lorsque la phase d'agglomération par pressage-compactage fait également intervenir une montée en température du mélange produit par le mélangeur 17. Une telle montée de température peut, par exemple, faire intervenir un gradient de 10 à 20 "C. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Nouveau produit d'alimentation des fours de verrerie, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un corps compact, solide, constitué de particules de groisil et d'un liant entrant dans le processus de fusion du verre dans le four. 2 - Nouveau produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules de groisil possèdent une granulométrie comprise entre 0,05 et 2 millimètres. 3 - Nouveau produit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué à partir de fines de groisil ayant une granulométrie comprise entre 0,05 et 0,7 millimètres. 4 - Nouveau produit selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le liant est à base de soude et se trouve incorporé, en tant que composition liante, à raison de 2 à 10 % en poids des fines de groisil. 5 - Nouveau produit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la composition comprend entre 20 et 60 % en poids de liant à base de soude incorporée à la quantité suffisante d'eau. 6 - Nouveau produit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un additif tel qu'un ester organique ou un gaz carbonique est ajouté au mélange particules-tiant. 7 - Nouveau produit selon L'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un corps solide ayant un volume, de préférence, compris entre 1 cm3 et 100 cm3. 8 - Procédé d'obtention du nouveau produit selon L'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à procéder à - un broyage-pulvérisation du groisil, - un tamisage pour éliminer les métaux et d'autres produits non verriers et obtenir une masse de particules ayant une granulométrie comprise entre 0,05 et 2 millimètres, - un mélange des particules avec une composition liante incorporée, à raison de 2 à 10 % en poids des particules de groisil, - un remplissage d'un moule avec le mélange, - une agglomération par pressage-compactage du mélange dans le moule pour obtenir un corps solide, - un démoulage du corps solide et compact obtenu, - et un étuvage du corps pour atteindre un séchage. 9 - Procédé d'obtention selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on procède à une opération de broyage-pulvérisation au moyen d'un broyeur, suivie d'une opération de tamisage sélectif des particules de verres par une installation de tamisage permettant d'opérer un tri sélectif entre le verre et les autres matériaux, voire entre les particules de verre en fonction de la granulométrie. 10 - Procédé d'obtention selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à procéder - à un lavage du groisil préalablement à l'opération de broyage-pulvérisation, - et à un séchage au moins partiel après l'opération de broyage-pulvérisation 11 - Procédé d'obtention selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on mélange les particules de groisil et la composition Liante au moyen d'un mélangeur pendant 1 à 10 mm à une température comprise entre 20 et 100 C. 12 - Procédé d'obtention selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'agglomération par pressage-compactage du mélange particules de groisil-composition Liante est effectuée en moule fermé avec une force de pressage comprise entre 20 et 40 kilonewton/cm et à une température voisine de 10 à 20 C. 13 - Procédé d'obtention selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étuvage du mélange pressé et compacté s'effectue par passage pendant 2 à 30 minutes dans un four à température comprise entre 100 et 500 C. 14 - Utilisation d'un nouveau produit d'alimentation des fours de verrerie conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à réchauffer le nouveau produit à une température comprise entre 100 et 600 C, préalablement à son incorporation dans le four de fusion. 15 - Utilisation selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il consiste à réchauffer le nouveau produit par son passage à travers le circuit d'évacuation et de récupération de chaleur des fumées et gaz de combustion du four de fusion.