Brevet FR2678183A1 — publié le 19921231

La présente invention concerne un procédé de traite- ment des déchets, et en particulier des déchets de métaux réactifs qui sont contaminés par de l'huile et des agents de refroidissement contenant de l'huile, ainsi qu'un appareil destiné à la mise en oeuvre de ce procédé. Lors de l'usinage des métaux, un certain nombre de déchets sont automatiquement produits sous forme de tour- nures, de copeaux d'alésage et de copeaux d'usinage Lors de l'usinage des métaux réactifs, par exemple le magnésium et ses alliages, on utilise de l'huile ou des fluides de refroidissement contenant de l'huile Les copeaux d'usinage sont donc contaminés par l'huile Ceci constitue un pro- blème important au point de vue de l'environnement pour les utilisateurs puisqu'il n'existe pratiquement aucune utili- sation commerciale des copeaux contaminés par l'huile actuellement Il est coûteux pour les utilisateurs de se débarrasser de ces déchets Pour cette raison, il serait souhaitable que ces déchets soient récupérés dans la mesure du possible, mais l'huile ainsi que les copeaux de magné- sium très inflammables posent des problèmes On a essayé une refusion des copeaux contaminés par l'huile, mais ce procédé n'est pas recommandé car les copeaux brûlent et, dans une certaine mesure, provoquent aussi une perte de fusion de magnésium L'huile doit donc être retirée avant qu'une refusion soit entreprise. Un procédé habituel de récupération qui peut être utilisé pour les copeaux de laiton ou d'aluminium est la centrifugation et/ou le lavage des copeaux, avec une opération ultérieure de séchage Un tel procédé est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 721 457 Dans le cas des métaux plus réactifs, tels que le magnésium et ses alliages, ce procédé ne convient pas Le magnésium réagit avec l'eau en dégageant de l'hydrogène qui est dangereux En outre, la surface des copeaux s'oxyde si bien que le produit est encore moins bien adapté à la récupéra- tion qu'au départ L'huile contenue dans les déchets lavés est aussi en quantité relativement élevée, comprise entre environ 0,5 et 1 %. L'utilisation de solvant provoque l'extraction de l'huile des copeaux revêtus d'huile d'une manière très satisfaisante Cependant, il s'agit d'un procédé coûteux et qui n'est pas très acceptable au point de vue de l'environnement. On connaît aussi déjà des procédés mettant en oeuvre l'extraction thermique d'une huile La demande publiée de brevet allemand no 2 522 659 décrit un procédé de récupéra- tion de copeaux de rectification d'acier allié contenant du nickel et du chrome Ces copeaux, qui peuvent contenir jusqu'à 20 % d'une huile, subissent d'abord une centrifuga- tion Ensuite, l'huile est vaporisée par chauffage par induction et est récupérée par distillation. Les copeaux de magnésium constituent un matériau qui doit être manipulé avec beaucoup de précautions étant donné ses caractéristiques pyrophores Le magnésium est inflam- mable à proximité de l'oxygène, et l'augmentation de la température augmente aussi la tension de vapeur Lors d'une utilisation habituelle, le chauffage du magnésium à plus de 5 C est considéré comme dangereux. 2 L'invention a pour objet la récupération des copeaux métalliques, notamment des métaux réactifs tels que le magnésium et les alliages de magnésium, par extraction d'huile par un procédé qui n'est pas Dargereux pour l'envi- ronnement, jusqu'à une valeur permettant la refusion ou la préparation de produit de haute qualité. On a découvert de manière surprenante qu'il était possible d'utiliser un traitement thermique comme moyen sûr et efficace d'extraction de l'huile résiduelle des copeaux de magnésium Les copeaux sont chauffés à l'air, mais l'atmosphère formée autour des particules est réduite par l'huile qui s'évapore et, dans une certaine mesure, subit un craquage Le cas échéant, un gaz inerte peut aussi être ajouté La température est maintenue à une valeur proche à la température d'ébullition de l'huile ou supérieure à cette valeur mais inférieure à la température de fusion du métal La température est maintenue de préférence à une valeur inférieure à 430 OC, et la plage des meilleures températures est comprise entre 200 et 410 OC Une partie de l'huile est craquée et forme un revêtement de carbone protecteur sur les copeaux de magnésium On a constaté de manière surprenante que ce revêtement rendait possible l'exposition des copeaux directement au contact de l'air lorsqu'ils sont chauds, sans risque d'inflammation Il est préférable que les copeaux soient constamment maintenus en mouvement de manière libre pendant le traitement thermique. Le procédé convient aussi à l'extraction des constituants volatils (notamment des restes de laque et de peinture) des copeaux de magnésium et/ou d'autres types de copeaux de métaux réactifs. Un four rotatif fermé est de préférence utilisé pour le traitement des copeaux contaminés par l'huile Le matériau est introduit par un dispositif d'alimentation Le four a des ailettes ou pales internes destinées à faire avancer le matériau, et il comporte un tube central pour la mesure de la température et, le cas échéant, l'introduction d'un gaz inerte Le four est équipé d'un ensemble de régulation de pression à sa sortie et il a un circuit fermé de sortie destiné à extraire les matériaux secs terminés. Des vapeurs d'huile quittent le four, sont condensées et sont séparées dans un ensemble individuel Le four est chauffé électriquement, mais d'autres dispositifs de chauffage peuvent être utilisés. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une installation pilote ayant un four rotatif fermé, destiné à être utilisé pour l'ex- traction d'huile et/ou de substances contenant de l'huile des copeaux de magnésium; et la figure 2 représente un ensemble de condensation et de séparation d'huile des gaz de déchets. Les tournures et copeaux d'alésage et/ou d'usinage de magnésium et d'alliages contenant du magnésium peuvent avoir des dimensions et configurations différentes, com- prises entre 0,1 et 30 mm, avec une teneur variable en huile La surface de ces produits est rugueuse, si bien que l'huile s'accroche dans les cavités et est difficile à chasser Les huiles minérales ordinaires sont utilisées pour le refroidissement des copeaux de magnésium afin que l'oxydation et les pertes par fusion de magnésium soient évitées L'huile des copeaux est retirée d'abord par centrifugation Pour des copeaux donnés de magnésium, la centrifugation donne une quantité pratiquement constante d'huile résiduelle comprise entre environ 7 et 15 %. Les copeaux de magnésium sont un produit qui est manipulé avec beaucoup de soin à cause des risques d'explo- sion On a donc eu beaucoup de réticence à chauffer des matériaux contenant du magnésium Cependant, on a constaté de manière surprenante qu'il était possible de chasser l'huile des copeaux de magnésium par chauffage, sans inflammation En outre, on a constaté que, lors de l'ex- traction de l'huile par chauffage, les particules prenaient un revêtement protecteur Ce revêtement est avantageux pour l'utilisation ultérieure des copeaux, car il passive le métal et empêche ainsi le contact direct entre le magnésium métallique et l'oxygène de l'air. La température optimale pou_ le chauffage doit d'abord être déterminée L'opération a été réalisée au laboratoire par chauffage d'une petite quantité du matériau dans un four tubulaire fermé sans addition d'argon ni d'un autre gaz inerte La plupart des huiles habituelles de refroidissement utilisées pour l'usinage du magnésium sont à base d'huile minérale et ont une température d'ébullition comprise entre 250 et 300 OC Par exemple, on peut citer l'huile "VACMUL 03 C" (Mobil Muster) ayant une température d'ébullition de 280 C Les expériences ont été réalisées dans la plage de températures comprise entre 200 et 430 O C. Un échantillon a été prélevé et inspecté au cours de l'expérience Aux températures supérieures à 410 OC, le matériau était totalement oxydé et il était nécessaire d'utiliser une atmosphère inerte dans le four. A la suite de ces expériences préliminaires réali- sées à l'air, on a décidé que la meilleure plage de tempé- rature pour le traitement thermique en atmosphère d'air était une température proche de la température d'ébullition de l'huile et supérieure à celle-ci mais inférieure à la température de fusion du métal Dans le cas du magnésium et des alliages de magnésium, cette plage est comprise entre environ 200 et 410 OC Lors de l'utilisation d'un gaz inerte, la limite supérieure de température peut être un peu augmentée, mais une question de rentabilité risque de se poser Des expériences à plus grande échelle ont aussi été réalisées La procédure utilisée est décrite dans les exemples qui suivent. Exemple 1 Dans toutes les expériences à grande échelle, on a utilisé un four de séchage-calcination ayant un volume de 2 m 30 kg environ de copeaux de magnésium contaminés par de l'huile ont été d'abord soumis à une centrifugation afin que leur teneur en huile soit comprise entre 5 et 8 % Les copeaux ont été répartis entre huit plateaux, avec une couche de 5 à 6 cm de copeaux sur chaque plateau Le four a été progressivement chauffé A 120 OC, l'huile a commencé à fumer et le four a été maintenu à 200 'ô jusqu'à ce que la plus grande partie de l'huile s'évapore ( 2 h environ) Le four a alors été chauffé à 350 O C et maintenu à cette température pendant 3 h Le four a ensuite été arrêté et les copeaux sont restés à l'intérieur jusqu'au jour sui- vant La température était d'environ 50 OC lors de l'ex- traction des copeaux Ils avaient une surface brune jau- nâtre Des morceaux de magnésium avaient une surface très irrégulière et de l'oxyde de magnésium était présent dans toutes les fissures Une analyse plus poussée des copeaux traités a montré que la surface était revêtue d'un mélange de C et Mg O, à des degrés variables Pendant le traitement et l'évaporation de l'huile, une petite quantité de l'huile se dépose si bien que du carbone se forme à l'endroit o l'huile est concentrée, et des surfaces formées uniquement de magnésium sont toujours recouvertes d'un revêtement de carbone Ceci donne une surface passive aux copeaux La quantité restante d'huile a aussi été analysée et on a constaté qu'elle était inférieure à 0,01 %. Exemple 2 Un essai correspondant à celui qu'on a décrit dans l'exemple 1 a aussi été réalisé avec chauffage direct de la température ambiante à 350 OC pendant 3 à 4 h D'après le produit qui a été obtenu dans le premier essai, il était souhaitable de déterminer si les copeaux traités et chauds pouvaient être exposés à l'air sans être refroidis d'abord. Les copeaux de magnésium ont donc été directement retirés du four à 350 OC On n'a observé aucune perte de magnésium par fusion ou oxydation des copeaux, de manière surpre- nante Les copeaux avaient une surface régulière brun jaunâtre et avaient pratiquement la même teneur en huile résiduelle indiquée précédemment. Le temps de chauffage et la température de chauffage dépendent de la quantité du matériau et de la circulation d'air dans le four Les copeaux ont une mauvaise conducti- bilité thermique à cause de leur revêtement externe et parce que leur surface est poreuse et irrégulière Des essais ont été réalisés à la fois avec des copeaux de magnésium pur et avec des copeaux d'alliages contenant 91 % de magnésium, et les résultats ont été pratiquement les mêmes, même en atmosphère d'air à proximité de copeaux. Dans le four, une atmosphère réductrice est proche des copeaux étant donné la présence de l'huile qui s'évapore. Ceci empêche l'oxydation du métal Une partie de l'huile se décompose et du carbone se dépose sur les copeaux Un gaz inerte peut aussi être ajouté le cas échéant, et il rend ainsi possible le traitement des copeaux à des températures un peu plus élevées. Dans une application industrielle, il est préférable de retirer l'huile et les autres substances volatiles des copeaux au cours d'une opération rapide et continue Ceci peut être réalisé par utilisation d'un ensemble du type représenté sur les figures 1 et 2 la figure 1 représente une installation pilote ayant un four tubulaire rotatif fermé 1 destiné à l'extraction d'huile par exemple de copeaux d'alliages de magnésium Le four a une longueur d'environ 2 m et un diamètre de 200 mm Le four est chauffé par trois éléments 2, 3, 4 de chauffage et a une isolation externe 5 Les copeaux métalliques sont introduits dans le four à partir d'un réservoir 6 par un tube 7 d'alimentation et un organe 8 d'alimentation à vis Il est possible d'utiliser une courroie transporteuse et/ou un appareil d'un autre type pour l'introduction des copeaux dans le four Le métal du récipient ou du tube d'alimentation empêche l'entrée incontrôlée d'air dans le four Le four est équipé de pales ou ailettes 8 inclinées à l'intérieur, destinées à faire avancer le métal L'angle d'inclinaison des ailettes et la vitesse de rotation déterminent le débit des copeaux métalliques Lorsque le four tourne, les copeaux métalliques sont transportés vers la sortie du four La vitesse de rotation peut varier Il est important que les copeaux puissent se déplacer librement sans s'accu- muler localement Le four est chauffé à une température de 300 à 400 OC. Plusieurs thermocouples 10 sont utilisés pour la régulation de la température dans le four A l'extrémité de sortie du four, un tube 11 de mesure de température est présent, et il permet éventuellement l'introduction d'un gaz inerte tel que l'argon Comme l'air a très peu accès à l'opération, l'addition d'argon qui est nécessaire est faible ou nulle Même si l'on essaie de réaliser un four totalement étanche, une certaine quantité d'oxygène peut s'infiltrer car il n'existe aucun contact direct entre le magnésium métallique ou ses alliages et l'oxygène puisque les copeaux métalliques prennent un revêtement externe passif pendant le séchage. Les copeaux métalliques traités sont évacués du four par un ensemble 12 de sortie qui est fermé afin que l'air ne puisse pas pénétrer Il est aussi avantageux d'utiliser un appareil à vis qui guide les copeaux en dehors du four de manière continue Les vapeurs d'huile et d'autres substances volatiles quittent le four par un tube 13 qui rejoint un circuit de refroidissement et de condensation représenté sur la figure 2 A la sortie du four, un capteur 14 de pression empêche la présence d'une pression trop élevée ou trop faible à l'extrémité du four Si la pression dépasse la pression atmosphérique, une pompe à vide est automatiquement mise en fonctionnement Ceci rend possible la vérification du fait que les vapeurs d'huile, etc ne s'échappent que par le tube de sortie. La figure 2 représente un ensemble collecteur de vapeurs d'huile Les vapeurs d'huile du tube de sortie 13 sont guidées dans un refroidisseur et dans trois colonnes 15 destinées à condenser et retirer l'huile Une pompe à vide est utilisée pour que la vapeur circule réellement. Les deux premières colonnes sont remplies de laine d'acier 16 ou d'un autre matériau analogue assurant la coalescence des vapeurs d'huile L'huile condensée peut être retirée de la base des colonnes Les dernières traces d'huile peuvent par exemple être retirées par barbc ege du gaz dans une solution 17 de Na OH. Exemple 3 Plusieurs essais ont été réalisés avec un four tel que représenté sur la figure 1, ayant une longueur d'envi- ron 2 m et un diamètre de 200 mm Des copeaux d'un alliage de magnésium ont subi d'abord une centrifugation, et ils avaient une teneur en huile de 5,2 à 7,5 % Le débit d'alimentation des copeaux a varié entre 0,1 et 0,5 1/min. La température du four a varié entre 350 et 370 'C Les périodes de traitement essayées ont varié entre 5 et min Les résultats des essais figurent dans le tableau. La teneur en huile des copeaux a été réduite jusqu'à 0,05 %, et la séparation de l'huile des gaz usés était bonne La teneur finale en huile des copeaux peut être encore mieux régulée par changement du temps de passage dans la zone chaude, ce temps étant affecté par la vitesse de rotation et la longueur du four notamment. Actuellement, il est devenu plus courant d'utiliser des fluides de refroidissement formés d'une émulsion d'eau et d'huile Un rapport courant est de 1 à 10 % d'huile, le reste étant formé d'eau Après centrifugation, des copeaux qui ont été exposés à de tels fluides de refroidissement contiennent aussi 1 à 2 % d'eau Dans le cas des copeaux qui contiennent aussi de l'eau, une vaporisation séparée de l'eau est recommandée avant l'extraction de l'huile Lors du chauffage à 110 O C environ, l'eau se vaporise, mais pas l'huile Les copeaux sont alors transmis au séchoir. Les copeaux peuvent après être utilisés pour la désulfurisation de la fonte liquide. Bien qu'on ait décrit l'invention essentiellement sous forme d'exemples de traitement de métaux et alliages réactifs, elle peut aussi être mise en oeuvre pour le traitement d'autres types de copeaux. Tableau Récupération d'huile dans Traitement Huile des copeaux les gaz Débit N d'alimentation Temp C Temps, min Avant Après mauvaise suffisante bonne 1 0,1 = 350 20 = 5,2 0,66 2 0,1 = 360 10 = 5,2 0,09 3 0,1 = 360 10 = 5,2 0,09 4 0,1 = 360 20 = 7,5 0,65 0,1 = 360 10 = 7,5 0,44 6 0,25 = 350 10 = 5,2 0,9 7 0,25 = 350 15 = 5,2 0,15 8 0,25 = 355 10 = 7,5 0,84 9 0,25 = 355 15 = 7,5 0,20 0,25 = 370 5 = 7,5 0,25 11 0,25 -370 10 = 7,5 0,10 12 0,50 = 370 15 = 7,5 0,10 13 0,50 = 370 15 = 7,5 0,05 o F O o, o, il REVENDICAT IONS 1 Procédé de traitement de déchets, notamment de copeaux de métaux réactifs, tels que le magnésium ou les alliages de magnésium, contaminés par une huile, caracté-5 risé en ce que les copeaux sont chauffés à une température proche de la température d'ébullition de l'huile ou supé- rieure à cette température mais inférieure à la température de fusion du métal, si bien que l'huile s'évapore et un revêtement carboné externe se forme sur les copeaux.10 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température est maintenue au- dessous de 430 O C et de préférence entre 200 et 410 'C. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les copeaux sont maintenus en mouvement continu d'une manière libre. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les copeaux sont chauffés à l'air, en atmosphère réductrice ou en atmosphère inerte. Procédé de traitement de copeaux métalliques contaminés par une huile, caractérisé en ce que les copeaux avancent dans un four fermé ( 1) et sont maintenus en mouvement pendant leur transport dans une zone de chauf- fage, si bien que l'huile se vaporise et qu'un revêtement carboné se dépose sur les copeaux, et les copeaux sont conduits à l'extérieur du four par un circuit fermé de sortie ( 12) et les vapeurs d'huile sct évacuées du four et rassemblées par coalescence. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la température dans le four est maintenue à proxi- mité de la température d'ébullition de l'huile ou au-delà mais au-dessous de la température de fusion des copeaux. 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le contact direct avec l'air, à l'entrée du four, est évité par introduction des copeaux métalliques à partir d'un récipient ( 6) par l'intermédiaire d'un tube d'alimen- tation ( 7) ayant une vis d'alimentation ( 8). 8 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pression à la sortie du four est surveillée afin qu'elle ne puisse pas prendre une valeur trop élevée ni trop faible. 9 Ensemble de traitement de copeaux métalliques polluants par présence d'huile, caractérisé en ce qu'il comprend un four cylindrique fermé ( 1) qui est équipé afin qu'il puisse tourner à vitesse fixe ou variable autour de son axe longitudinal, le four ayant des pales ou ailettes inclinées internes ( 9) à la paroi du four, et un récipient ( 6) et un dispositif de transport ( 8) destiné à faire avancer les copeaux et un circuit fermé de sortie ( 12) destiné à évacuer les copeaux du four, le four comportant aussi au moins une sortie ( 13) pour les vapeurs d'huile. 10 Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un capteur de pression ( 14) est disposé à la sortie du four, et un dispositif est destiné à introduire un gaz inerte.