Brevet FR2725637A1 — publié le 19960419

La présente invention est relative au domaine de la récupération après usage de particules enrobées d'une gangue qui leur a été apportée artificiellement, soit pour leur conférer des caractéristiques physico-chimiques spécifiques, soit pour les amalgamer en vue de constituer des volumes cohérents, par exemple. A titre d'application préférée, l'invention concerne la régénération des sables de fonderie utilisés pour la constitution de moules à usage unique, à partir d'une association du sable avec des liants, tels que de la bentonite ou des résines. Dans le domaine d'application préférée, la technique de réalisation de pièces en métal coulé, consiste à exécuter un modèle à partir duquel on tire un moule formé de sable et de liants agglomérant les différents grains pour leur conférer une bonne cohésion et permettre l'obtention d'une masse compacte et dure, à même de délimiter avec précision une empreinte en creux qui peut être garnie d'un noyau de moulage et dans laquelle la matière première en fusion est ensuite coulée. Les différents procédés connus pour réaliser de cette façon des moules de coulée, permettent d'obtenir des pièces de très bonne qualité. Une telle technique fait toutefois naître le problème d'élimination du sable des moules dans lesquels une opération de coulée a été exécutée. En effet, la chaleur de la matière première en fusion coulée dégrade le ou les liants enrobant les grains, au moins dans les couches superficielles de l'empreinte du moule qui ne peut donc être utilisé à chaque fois que pour une opération de coulée unique. ll s'ensuit que le sable des moules doit normalement être éliminé. En raison de la grande masse de sable utilisée, du coût qu'il représente, mais aussi et surtout, de la pollution qu'il constitue, non pas par lui-même, mais par la gangue de liant enrobant chaque grain et ayant subi une dégradation ou une dénaturation partielle par contact et exposition à une température élevée, il n'est pas envisageable de rebuter un tel sable, en tant que déchet, et de le déverser en décharge quelconque. La solution qui s'impose dans une telle situation est celle de pouvoir réutiliser le sable après régénération. Plusieurs procédés ont été proposés dans ce sens en faisant intervenir une technique de régénération mécanique consistant à frotter les grains de sable les uns contre les autres, pour provoquer une sorte de désenrobage. Une technique mécanique complémentaire consiste à les projeter violemment contre des écrans ou blindages pour faire éclater la couche, la pellicule, le film ou la gangue de liant entourant les grains. Ces méthodes donnent des résultats intéressants, mais laissent subsister un pourcentage non négligeable de gangue et génèrent des poussières ou fines à fort caractère polluant. Une autre technique consiste à procéder au lavage du sable à haute pression, dans la mesure où les produits chimiques utilisés sont solubles à l'eau, ce qui ne peut pas être considéré comme intéressant la majeure partie des masses de sable utilisé. Une autre technique consiste à faire subir au sable rebuté une opération de régénération dans une four au sein duquel une calcination de la gangue intervient. n s'agit là d'un procédé de traitement thermique qui présente certainement des avantages, lorsqu'il s'agit de liant à base de résine, mais qui s'avère insuffisant, voire inefficace, lorsque le liant est constitué à base de bentonite. Par ailleurs, la mise en service d'une installation de traitement thermique se caractérise par une dépense énergétique relativement élevée qui peut être estimée comme un frein au développement systématique d'une telle technique. S'il fallait rechercher une régénération absolue pour permettre une réutilisation, l'adoption de l'une quelconque des techniques ci-dessus ne permettrait pas, semble-t-il, de résoudre le problème qui se pose. Par contre en réalité, il s'avère qu'une régénération au moins partielle permet de conduire à un sable de récupération de qualité acceptable, au moins pour certaines applications. L'objet de l'invention est de prendre en compte une telle constatation et de proposer un nouveau procédé et une nouvelle installation de régénération qui permette, en combinant des techniques séparément connues, d'aboutir à des résultats convenant pour une réutilisation de sable dans certains cas ou applications, et permettant de disposer en quantité relativement importante de sable régénéré produit à un coût largement abaissé, attractif pour les différents producteurs de sable rebuté. L'objet de l'invention trouve une application particulière aux sables de fonderie, mais peut aussi être mis en oeuvre dans tous les cas où des matériaux particulaires doivent être désenrobés. Pour atteindre l'objectif ci-dessus, le procédé de régénération est caractérisé en ce qu'il consiste à: - prélever, à partir d'un stockage amont, une quantité Q, de particules enrobées pour les soumettre à un traitement thermique de régénération dans un four, - prélever du stockage une quantité Q2 de particules enrobées, - réaliser un mélange des quantités Q1, Q2 en sortie du four de traitement thermique de Q1, - soumettre les quantités Q, et Q2 à un confinement temporaire et - faire passer enfin le mélange Q, + Q2 dans une unité de traitement mécanique avant transfert dans une trémie de stockage aval. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé cidessus, une telle installation comprenant - une trémie amont de stockage de particules enrobées, - une première ligne de prélèvement, à partir de la trémie amont, d'une quantité Q, de particules enrobées, - un four de traitement thermique à lit fluidisé alimenté en particules enrobées à partir de la première ligne de prélèvement, - une seconde ligne de prélèvement à partir de la trémie amont d'une quantité Q2 de particules enrobées, - un mélangeur placé à la sortie du four et auquel aboutit la seconde ligne de prélèvement, - des moyens de confinement temporaire des quantités Q, + Q2 - une unité de traitement mécanique du mélange issu des moyens de confinement - et une trémie de stockage aval du mélange issu de l'unité de traitement mécanique. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence au dessin annexé qui montre, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure unique est une vue schématique illustrant le procédé et l'installation pour sa mise en oeuvre. Sur la base de cette figure unique, le procédé de régénération de particules enrobées d'une gangue est mis en oeuvre au moyen de l'installation représentée qui qui comprend une trémie 1, dite amont, réservée au stockage d'une masse M de particules enrobées d'une gangue, préférentiellement de sable issu de fonderie après utilisation pour la constitution de moules ayant servi au moulage de pièces diverses. La trémie de stockage 1 est pourvue, à partir de son fond 2, de deux lignes de prélèvement ou de soutirage 3 et 4 qui sont respectivement contrôlées par des vannes 5 et 6 à commande indépendante. La ligne 3 est pourvue d'un système d'alimentation 7 dont la sortie débouche à la partie basse d'un four de traitement thermique 8 au moyen d'un lit fluidisé 9. Le four 8, par exemple du type enseigné par la demande française 91.10467 (2 683 126), comprend une source 10 de fourniture d'un fluide gazeux sous pression relative chargé de fluidiser le lit 9 pouvant, en tout ou partie, être constitué à base de particules inertes au sein desquelles sont introduites les particules enrobées fournies par le système d'alimentation 7. Le four 8 comprend des moyens de chauffage 11, de préférence du type statique, et un moyen 12 de soutirage prélevant les particules, ayant subi le traitement thermique de régénération, en partie supérieure du lit fluidisé. Le ciel 13 du four 8 est raccordé par une cheminée 14 à une chambre 15 de traitement des fumées. Selon l'invention, la gaine de soutirage 12 aboutit à un mélangeur 16 auquel se raccorde la ligne 4. Le mélangeur 16 possède une sortie 17 débouchant dans une enceinte de confinement temporaire 18 dont la base 20 est raccordée à l'entrée d'une unité 21 de traitement mécanique pouvant être du type de celui enseigné par la demande française 92.12262 (2 696 360). La sortie de l'unité de traitement mécanique 21 est reliée par une ligne 22 à l'entrée d'une trémie de stockage 23, dite aval, à même de fournir, par une canalisation 24, du sable régénéré à une installation d'utilisation et de confection ou de réalisation de moules. De préférence, le mélangeur 16 est pourvu d'une tubulure 25 d'admission d'air ou d'un fluide gazeux porteur équivalent, de nature neutre vis-à-vis des particules enrobées. Une même tubulure 26 peut être prévue en relation avec l'enceinte de confinement 18, en s'ouvrant dans cette dernière légèrement au-dessus du niveau de remplissage maximal. Dans cette hypothèse, le ciel 27 de l'enceinte de confinement est raccordé par une cheminée 28 à la chambre 15 qui possède une sortie d'évacuation groupée 29. Le procédé selon l'invention consiste, par réglage des vannes 5 et 6, à transférer une quantité Q, de particules enrobées, à partir de la trémie amont 1 jusque dans le four de traitement thermique 8 au sein duquel cette quantité Ql est soumise à un traitement de calcination ayant pour effet de sublimer, oxyder, pyrolyser, les liants enrobant les particules et constituant la gangue de ces dernières. Ce traitement de calcination intervient au cours du trajet ascendant des particules dans le lit fluidisé 9 soumis à température élevée par les moyens de chauffage 11. Une telle température est généralement entretenue pour le traitement thermique de sable de fonderie, au moins à 500 C et peut atteindre 900 à 950" C. L'alimentation du four 8 est assurée de façon continue, en relation avec les conditions de conduite du traitement thermique et, notamment la progression ascendante des particules à l'intérieur du lit 9, de telle sorte qu'un soutirage ou un prélèvement par la gaine 12, de manière naturelle ou par extraction, peut intervenir de façon continue avec un débit relativement constant qui est fourni au mélangeur 16. Selon l'invention, par l'intermédiaire du réglage de la vanne 6, la ligne 4 assure le prélèvement, à partir de la trémie de stockage amont 1, d'une quantité Q2 de particules enrobées qui sont délivrées dans le mélangeur 16, à proximité de l'alimentation assurée par la gaine de soutirage 12. Les quantités Ql et Q2 sont mélangées dans le mélangeur 16, de sorte que la chaleur élevée résiduelle des particules constitutives de la quantité Ql est imposée et transférée pour être répartie aux particules de la quantité Q2 qui ont été acheminées de façon directe depuis la trémie de stockage 1. De cette manière et sans consommer d'énergie spécifique, la chaleur des particules de la quantité Ql permet d'assurer l'élimination au moins partielle de tout ou partie des composants de la gangue des particules de la quantité Q2, par oxydation et/ou pyrolyse et d'évacuer les produits gazeux, éventuellement brûlés, dégagés durant les réactions thermiques qui se produisent pendant le mélange des quantités Q1 et Q2 Les fumées produites par une telle réaction sont prises en charge par le véhicule gazeux admis naturellement ou de façon forcée par la tubulure 25 et sont dirigées par une communication spécifique 30 dans le ciel 13 du four 8 où elles peuvent être brûlées par l'intermédiaire d'un système de post-combustion, tel que 31, représenté en traits mixtes.Les fumées résiduelles, débarrassées des composants volatiles, oxydables, pyrolysables ou brûlables, sont prises en charge par la cheminée 14 pour être conduites, en même temps que les fumées provenant du traitement thermique au sein du four 8, dans la chambre 15 où elles subissent un traitement de dépollution avant rejet par la sortie 29. Le mélange Q1, Q2 , issu du mélangeur 16 est introduit dans l'enceinte de confinement 18 qui est prévu à double fonction. La première est celle de permettre un prolongement de l'échange thermique entre les quantités Ql et Q2, au point de parfaire l'élimination de certains au moins des composants de la gangue attachée aux particules Q2 n'ayant pas subis de traitement thermique. A cette fin, il peut être avantageusement prévu de permettre une admission d'un fluide gazeux porteur par l'intermédiaire de la tubulure 26 pour assurer l'évacuation par la cheminée 28 des fumées produites.La fonction d'échange thermique est prévue pour assurer, en complément du mélangeur, un temps de séjour et de contact entre les particules Ql et Q2 mélangées, qui, en fonction de la température du mélange, permet d'obtenir les réactions de traitement maximal des composants dégradables de la gangue des particules. De cette manière, le mélangeur 16 et l'enceinte 18 constituent des moyens de confinement qui permettent de maintenir un temps de contact ou de séjour contrôlable entre les particules Ql et Q2 mélangées. La seconde fonction de l'enceinte est celle de permettre une réduction progressive de la température du mélange, laquelle réduction peut intervenir, par exemple, au moyen d'un serpentin de refroidissement, tel que celui représenté en traits mixtes et désigné par la référence 32. A la sortie de l'enceinte de confinement 18, le mélange Q, et Q2 est transféré dans l'unité de traitement mécanique 21 pour y subir un traitement ultime ayant pour effet de débarrasser plus particulièrement les particules de la quantité Q2 de la gangue les enrobant. Le mélange traité est ensuite conduit par la ligne 22 dans la trémie de réception temporaire aval 23. La quantité Ql peut être variable de façon préréglée pour un cycle de fonctionnement ou, au contraire, peut varier au cours d'un même cycle selon les conditions de déroulement du procédé et, plus particulièrement, la réactivité du four 8 en fonction de l'apport énergétique qui y est réalisé par la combustion-calcination des composants de la gangue des particules constitutives de la quantité Ql. Des proportions pouvant aller de 10 à 90 % peuvent être retenues, le complément étant alors constitué par la quantité Q2. Dans un développement de l'invention, la quantité Q2 prélevée par la ligne 4 est acheminée préalablement dans une unité de traitement mécanique 33 avant d'être conduite au mélangeur 16. L'unité 33, par conséquent située en amont du mélangeur 16, peut être de toute conception appropriée, pour fournir à ce mélangeur des particules débarrassées en tout ou partie de leur gangue. L'unité 33 peut à cette fin être du même type que l'unité 21. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé de régénération de particules enrobées d'une gangue, caractérisé en ce qu'il consiste à - prélever, à partir d'un stockage amont, une quantité (Ql) de particules enrobées pour les soumettre à un traitement thermique de régénération dans un four, - prélever du stockage une quantité (Q2) de particules enrobées, - réaliser un mélange des quantités (qui , Q2) en sortie du four de traitement thermique de (il), - soumettre les quantités Ql et Q2 à un confinement temporaire - et faire passer enfin le mélange (Ql + Qj dans une unité de traitement mécanique avant transfert dans une trémie de stockage (23) aval. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet la quantité (Qz) à un traitement mécanique préalablement à son incorporation au mélange. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on choisit (Qj compris entre 10 et 90 % de (Ql + Q2). 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on soumet (Ql) à un traitement thermique lui conférant en sortie une température comprise entre 500 et 900 C. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on laisse séjourner le mélange (Ql + Qj dans des moyens de confinement pour produire, par la température de (il), une élimination au moins partielle, par oxydation et/ou pyrolyse, de certains au moins des composants de la gangue et en ce qu'on prélève les fumées produites pour les diriger vers une chambre de traitement (15) à laquelle on raccorde le four (8) de traitement thermique. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on admet un véhicule gazeux porteur au moins au niveau du mélange des quantités (Ql, Qj pour prélever les fumées et les diriger vers le four. 7 - Installation de régénération de particules enrobées d'une gangue, caractérisée en ce qu'elle comprend - une trémie (1) amont de stockage de particules enrobées, - une première ligne de prélèvement (3), à partir de la trémie amont, d'une quantité (Ql) de particules enrobées, - un four (8) de traitement thermique à lit fluidisé alimenté en particules enrobées à partir de la première ligne de prélèvement, - une seconde ligne de prélèvement (4) à partir de la trémie amont d'une quantité (Q2) de particules enrobées, - un mélangeur (16) placé à la sortie du four et auquel aboutit la seconde ligne de prélèvement, - des moyens de confinement temporaire des quantités (Ql + Q2) - une unité (21) de traitement mécanique du mélange (Ql + Q2)) issu des moyens de confinement - et une trémie de stockage (23) aval du mélange issu de l'unité de traitement mécanique. 8 - Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une unité de prétraitement mécanique (33) alimentée par la seconde ligne de prélèvement et disposée en amont du mélangeur (16). 9 - Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens de confinement comprennent une enceinte (18) disposée en aval du mélangeur. 10 - Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le four de traitement thermique (8) et l'enceinte de confinement (18) sont raccordés à une chambre de traitement des fumées (15). 11 - Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une admission (25, 26) d'un véhicule gazeux porteur au moins au droit du mélangeur. 12 - Installation selon la revendication 7 ou 11 , caractérisée en ce que le mélangeur (16) est alimenté avec un véhicule gazeux porteur (25) et comporte un circuit (30) d'évacuation des fumées se raccordant à une zone de post-combustion (31) du four de traitement thermique (8). 13 - Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'enceinte (18) comporte en partie basse des moyens de refroidissement (32).