Brevet FR2677351A1 — publié le 19921211

SUSPENSION AQUEUSE CONCENTREE D'HYDRATE DE CALCIUM ET SON PROCEDE DE PREPARATION. La chaux hydratée, utilisée dans de multiples applications en qualité de réactif chimique, se présente sous différents types, qui se distinguent principalement par l'excès d'eau qu'ils contiennent. Les types les plus fréquents sont les suivants - Chaux hydratée sèche : c'est la forme la plus concentrée d'hydrate en poudre. Les produits commerciaux contiennent de 95 à 97% ou de 90 à 93% de chaux hydratée, respectivement dans le cas des chaux calciques et dans celui des chaux dolomitiques. Le complément à 100 est le plus souvent H20 combinée, des quantités limitées d'impuretés et de 11 eau libre. - Chaux éteinte (ou chaux grasse) : c'est une chaux hydratée sous la forme de pâte plastique d'une thixotropie élevée. La teneur en Ca(OH)2 varie entre 40 et 50%. Les différences de teneur en eau libre modifient la consistance de la pâte. En général, la chaux éteinte est obtenue par extinction de l'oxyde de calcium avec un excès d'eau par rapport à celle nécessaire pour l'hydratation complète de l'oxyde. - Suspension pompable (slurry) : elle est constituée par une suspension de chaux hydratée qui a la consistance d'une crème épaisse. Contrairement à la chaux éteinte, elle n'est pas plastique et à une thixotropie plus limitée qui confère à ce matériau un comportement rhéologique assimilable à celui d'un liquide visqueux. Dans ce type connu de suspension, la teneur en chaux hydratée solide varie entre 25% et 35%. Cette suspens ion se prépare en général en employant un excès d'eau pour l'extinction de l'oxyde, ou par dilution de la chaux éteinte par l'eau. - Lait de chaux : c'est une suspension aqueuse colloïdale ayant une concentration qui couvre un intervalle compris entre 1 et 20% de chaux solide. Ce matériau est fréquemment obtenu par dilution de la chaux éteinte ou du slurry. Le comportement rhéologique est assimilable à celui d'une suspension aqueuse. La chaux éteinte est traditionnellement utilisée dans le secteur des mortiers pour le bâtiment, parce qu'elle confère aux mortiers les caractéristiques requises de plasticité et de thixotropie. La chaux hydratée en poudre, utilisée telle quelle ou après dispersion dans l'eau pour former un "slurry" ou du lait de chaux, trouve surtout un emploi en qualité de réactif chimique. Les préparations liquides de chaux ont pour but de faciliter le dosage du produit en permettant d'obtenir un meilleur contrôle et une meilleure régularité de l'écoulement. En effet, le dosage de la chaux en poudre est fréquemment difficile parce que le solide ne s'écoule pas facilement et tend à s'agglomérer sous l'effet de la carbonatation par le C02 atmosphérique. L'utilisation du 'slurry" normal ne résout pas entièrement le problème de la difficulté de dosage parce qu avec l'accroissement de la concentration, croissent également la thixotropie et la viscosité, qui gênent le pompage. D'un autre côté, si l'on réduit la viscosité en augmentant la dilution, on accentue l'aptitude du produit à la sédimentation. Le but de la présente invention est de réaliser une dispersion stable de chaux hydratée ayant une concentration de solide plus élevée que celle qutil est possible d'atteindre dans un "slurry" pompable de type connu. Selon ce but, le produit, tout en possédant une haute concentration de solide, doit posséder une thixotropie limitée et conserver ainsi de bonnes caractéristiques de pompabilité, même pendant des périodes prolongées, avec une tendance modérée à la sédimentation. Même après plusieurs mois de conservation, il doit être possible de rétablir les caractéristiques rhéologiques initiales par un bref remélange. Selon la présente invention, ce but est atteint au moyen d'une suspension aqueuse concentrée d'hydrate de calcium caractérisée en ce qu'elle contient au moins 40% de chaux hydratée solide obtenue à partir de chaux hydratée en poudre, ou à partir de chaux éteinte ou de chaux vive, et un polymère constitué par un polyacrylate de métal alcalin ou alcalino-terreux dans une proportion variant entre 0,01% et 5% en poids par rapport à la chaux vive hydratée. La dispersion peut être préparée en partant de chaux hydratée sèche, de chaux éteinte ou de chaux vive. La teneur en chaux hydratée solide est fixée à l'avance à une valeur d'au moins 40% par une addition d'une quantité d'eau appropriée. Pour conférer à la suspension les caractéristiques rhéologiques qui permettent de la pomper facilement ainsi qu'une bonne stabilité dans le temps, la suspension contient un polymère hydrosoluble à raison de 0,01% à 5% en poids de la teneur en chaux hydratée solide. Comme polymère, on peut utiliser des polyacrylates de métaux alcalins ou alcalino-terreux. Les métaux alcalins sont choisis parmi le sodium, le potassium et le calcium. Le terme polyacrylate se réfère à des sels neutralisés d'homopolymères formés à partir d'acide acrylique ou méthacrylique ainsi que de copolymères de ces monomères et de mélanges de ces polymères.Sont également inclus des copolymères ayant un nombre prédominant d'unités monomères appartenant à celles indiquées ci-dessus en combinaison avec une quantité mineure de doubles liaisons oléfiniques contenant des esters substitués ou non substitués d'acide acrylique, méthacrylique ou des esters vinyliques. L'invention a encore pour objet une installation spécifique qui permet le mélange primaire des composants et, en même temps, le recyclage, qui assure la fonction essentielle de défloculer le "slurry" en réalisant une distribution homogène du polymère, lequel se disperse sur les surfaces des particules individuelles d'hydrate de calcium en suspension. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après à titre d'exemple en regard du dessin annexé, qui représente de façon schématique une installation appropriée pour la préparation d'un produit selon l'invention. En synthèse, cette installation comprend un mélangeur mécanique 10 muni d'un agitateur à palettes ou d'une vis d'alimentation ; la chaux est acheminée au mélangeur 10 par un doseur 14. I1 est aussi prévu un réservoir il de stockage du "slurry" et un réservoir 12 de stockage de l'eau de préparation et de lavage du mélangeur. Le mélangeur 10 et les deux réservoirs 11 et 12 sont interconnectés avec un réseau de canalisations dans lequel est intercalée une pompe centrifuge 13. Le mélangeur 10 est relié au réservoir d'eau 12 par une conduite 21. 12 est relié à 10, également par les conduites 19, 20, 18 pour le transfert de l'eau de lavage du mélangeur. Le réseau d'interconnexion des éléments de l'installation est doté d'une vidange 17. La pompe 13 assure la fonction de recyclage du "slurry" dans le circuit constitué par les canalisations 15, 20, 18, pour l'opération de défloculation et celle de transvasement de la suspens ion du mélangeur 10 au réservoir 11 de stockage par la conduite 16, ou de ce dernier réservoir à l'expédition par 22. L'installation est particulièrement bien appropriée pour traiter la chaux hydratée en poudre. En tout cas, elle peut être adaptée pour préparer le "slurry" en partant de chaux éteinte ou de chaux vive. Dans le premier cas, il suffit d'introduire la chaux éteinte et de la porter au bon degré de dilution par addition d'eau. Dans le second cas, il est possible d'éteindre directement la chaux vive dans le mélangeur avec la quantité d'eau nécessaire pour produire le "slurry". Dans la préparation, on suit la procédure suivante 1) Introduction dans le mélangeur 10 d'une quantité d'eau définie prélevée sur le réservoir 12. La quantité exacte est prédéterminée à l'aide d'un détecteur de niveau monté sur le mélangeur. 2) Mise en marche de l'agitateur du mélangeur 10 et de la pompe centrifuge 13 de recyclage. 3) Introduction du polymère dans le pourcentage prédéterminé par rapport à la chaux hydratée solide. 4) Brève agitation pour dissoudre le polymère dans l'eau. 5) Introduction de la chaux hydratée dans le mélangeur 10 avec un débit constant. 6) Agitation et recyclage continus de la suspension jusqu a ce qu' on ait obtenu les caractéristiques rhéologiques voulues dans la suspension. EXEMPLE 1 On a préparé une quantité de "slurry" d'environ 300 kg en partant de chaux hydratée fine dont les caractéristiques sont indiquées au Tableau 1. On a introduit dans le mélangeur 150 kg d'eau potable et, sous agitation, on a introduit ensuite 1,5 kg d'une solution à 40% de polyacrylate de sodium. Le mélange a été agité pendant 5 minutes pour homogénéiser la solution du polymère. On a ensuite introduit 150 kg de chaux hydratée sèche en environ 12 minutes. L'agitation et le recyclage du "slurry" à l'aide de la pompe sont poursuivis pendant environ 120 minutes. Pendant la phase de défloculation, on a observé que la viscosité du "slurry" augmentait notablement dans la première période de 15 à 20 minutes et que, par conséquent, le débit de circulation de la suspension passait d'environ 50 litres/min de débit initial à environ 10 litres/min. Après 30 minutes de circulation, la viscosité du "slurry" a commencé rapidement à se réduire et, par conséquent, le débit de recyclage a commencé rapidement à augmenter jusqu'à atteindre une valeur constante de l'ordre de 40 litres/min après 60 minutes d'agitation. La circulation a été prolongée pendant 30 autres minutes. L'évolution de la viscosité de la suspension pendant la préparation a été déterminée en exécutant des mesures sur des prélèvements à l'aide d'un viscosimètre rotatif. Les données du Tableau 2 montrent bien que la viscosité de la suspens ion décroît avec une certaine régularité avec l'augmentation du temps de mélange, jusqu'à se stabiliser après 90 minutes. La limite d'écoulement, qui constitue un indice de la thixotropie du "slurry", reste constante après avoir subi une réduction dans les 45 premières minutes de recyclage. A la fin de la préparation, le "slurry" a été transvasé dans le réservoir de stockage. L'analyse chimique du produit est indiquée au Tableau 3. Les valeurs de viscosité et de limite d'écoulement qui sont atteintes au bout de 24 heures de repos sont indiquées au Tableau 2. On peut observer que la viscosité est peu augmentée par rapport à la valeur obtenue à la fin de la préparation, tandis qu'on a observé une certaine augmentation pour la limite d'écoulement. En tout cas, la suspension possédant ces caractéristiques rhéologiques stest révélée encore pompable. EXEMPLE 2 Dans une préparation ultérieure, en utilisant les mêmes matériaux qu a l'Exemple 1, on a préparé une quantité de "slurry" en adoptant les proportions suivantes entre les composants. - H20 150 kg - Chaux hydratée 150 kg - Polyacrylate (solution à 40%) 2 kg On a conservé la même séquence d'opérations qu'à l'Exemple 1. L'évolution des caractéristiques rhéologiques de la suspension est indiquée au Tableau 4 tandis qu' au Tableau 5, on a indiqué l'analyse du produit. On peut observer que l'augmentation de la quantité de solution de polymère de 1% à 1,33% par rapport à la chaux a permis d'obtenir une légère diminution de la viscosité et de la thixotropie à la fin de la préparation. Les paramètres rhéologiques observés après 12 heures de repos ne sont cependant pas très différents de ceux qu'on a trouvés dans la préparation de l'Exemple 1. EXEMPLE 3 On a effectué une préparation en partant d'une chaux éteinte dont la composition est indiquée au Tableau 6. Les proportions entre les composants étaient les suivantes - Chaux éteinte 300 kg, - H20 20 kg, - Polyacrylate 3,5 kg. Après avoir introduit la chaux éteinte dans le mélangeur, on a ajouté l'eau et, avec le seul agitateur mécanique en action, on a homogénéisé la chaux éteinte diluée. Ensuite, on a introduit le polymère et, après 15 minutes d'agitation, on a mis en marche la pompe de circulation. Avec l'introduction du polymère, la suspension est devenue plus fluide et a perdu en grande partie la thixotropie qui distingue la chaux éteinte d'origine. La circulation de "slurry" à travers la pompe a été prolongée pendant 120 minutes. L'évolution des paramètres rhéologiques de la suspension dans le temps est indiquée au Tableau 7. Les données mettent en évidence que les caractéristiques du "slurry" obtenu avec ce procédé sont assimilables à celles des Exemples 1 et 2. TABLEAU 1 ANALYSE CHIMIQUE ANALYSE GRANULOMETRIQUE Mesures Dimensions % en poids sous la m dimension indiquêe Humidité 0,48 96 100,0 P.a.F. 25,20 64 099,4 SiO2 0,32 48 098,8 Al2O3 (0,06 32 097,0 Fe2O3 (0,01 24 095,8 CaO 73,07 16 089,9 MgO 1,10 12 082,8 S03 0,15 8 06773 Na2O 6 055 > 0 K2O 4 040,9 SrO 0,26 3 032,6 Mn2O3 2 020,9 P2O5 1,5 011,2 TiO2 1 007,8 CO2 1,44 GaCO3 3,50 Surface spécifique =14,5 m2/g Ca(OH)2 + Mg(OH)2 95,70 TABLEAU 2 Paramètres rhéologiques relevés sur des échantillons de slurry pendant la préparation de l'Exemple 1. Temps Viscosité Limite d'écoulement Echantillounage de (cP) prélèvement (Pa) I 45 min 113 35,6 2 60 min 108 21,5 3 75 min 97 22,9 4 90 min 71 23,9 5 24 h 83 48,8 TABLEAU 3 Composition chimique du slurry de l'Exemple 1. H20 50,3 % - Chaux hydratée 46,5 - Carbonate de calcium 3,0 - Polymère organique (sec) 0,20 - Densité 1,38 g/ml TABLEAU 4 Paramètres rhéologiques relevés sur les échantillons de slurry pendant la préparation de l'Exemple 2. temps de Viscosité Limite Echantillonnage prélèvement (cP) d'écoulement (Pa) 1 60 min 120 39,2 2 75 min 90 24,1 3 90 min 64 15,1 4 24 h 79 45,3 TABLEAU 5 Composition chimique du slurry de l'Exemple 2. H20 50,1 % - Chaux hydratée 47,0 - Carbonate de calcium 2,7 - Polymère organique (sec) 0,25 - Densité 1,39 g/ml TABLEAU 6 Analyse chimique de la chaux éteinte rapportée au produit séché à 105 C ANALYSE CHIMIQUE P.a.F. 25,83 SiO2 2,21 Al2O3 0,39 Fe2O3 0,21 CaO 69,95 MgO 1,02 SO3 0,10 Na2O 0,12 K2O 0,06 SrO Mn2O3 P2O5 TiO2 0,03 CO2 1,87 CaCO3 4,25 Humidité telle 53,00 quelle TABLEAU 7 Caractéristiques rhéologiques de slurry de l'Exemple 3. Echantillonage Temps de Viscosité Limite prélèvement (cP) d'écoulement (Pa) 1 45 min 247 41,2 2 60 min 190 3 90 min 100 24,3 4 120 min 94 25,1 5 24 h 100 61 REVENDICATIONS 1- Suspension aqueuse concentrée d'hydrate de calcium, caractérisée en ce qu'elle contient au moins 40% de chaux hydratée solide obtenue à partie de chaux hydratée en poudre et de chaux éteinte ou de chaux vive, et un polymère constitué par un polyacrylate de métal alcalin ou alcalino-terreux, en une quantité variant entre 0,01 % et 5 % en poids par rapport à la chaux hydratée solide. 2- Suspension selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit polyacrylate est choisi parmi les sels neutralisés d'homopolymères formés à partir d'acide acrylique ou méthacrylique ; les copolymères desdits monomères ; les mélanges desdits polymères ; les copolymères ayant un nombre prédominant desdites unités monomères en combinaison avec une quantité mineure de doubles liaisons oléfiniques contenant des esters substitués ou non substitués d'acide acrylique, méthacrylique, ou des esters vinyliques. 3- Procédé pour la préparation d'une suspension selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute ledit polymère à l'eau dans un mélangeur et, ensuite, on ajoute la chaux hydratée solide au mélange du polymère dans l'eau, en effectuant en même temps une agitation et un recyclage continu de la suspension ainsi obtenue jusqu a ce qu'on obtienne des caractéristiques rhéologiques prédéterminées. 4- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un mélangeur (18), des réservoirs (12,11) pour l'eau et pour le stockage de la suspension, et une pompe centrifuge (13) qui effectue en meme temps le recyclage de la suspension à l'intérieur de la suspension pour la défloculer, et le transvasement de la suspension dudit mélangeur audit réservoir de stockage.