Brevet FR2723367A1 — publié le 19960209

! La présente invention concerne l'agglomération des fines de combustible. L'agglomération de poudres, fines ou granules est une technique permettant ou facilitant leur utilisation ou leur recyclage. Parmi les fines de combustible, on trouve plus particulièrement les fines d'anthracite, de charbon végétal et de coke de pétrole agglomérés, seuls ou en combinaison. On connaît de nombreux procédés d'agglomération permettant la formation de boulets, briquettes, granules, pellettes ou autres agglomérés et qui mettent en oeuvre des liants. L'invention vise particulièrement l'agglomération à froid par compression ou agitation. De nombreux liants ont déjà été proposés pour la mise en oeuvre d'un procédé d'agglomération dans de bonnes conditions. Ces bonnes conditions concernent le coût économique de la mise en oeuvre du procédé, c'est-à-dire le coût des différents composants nécessaires et de l'apport20 énergétique qu'il implique. Elles concernent la qualité des agglomérés, déterminée par leur cohésion à vert, c'est-à- dire immédiatement après leur fabrication, leur tenue mécanique, c'està-dire leur cohésion dans le temps, leur résistance à la compression et leur tenue à l'eau, c'est-à-25 dire leur bonne résistance aux intempéries, même après un temps de séchage relativement court. Pour l'agglomération de fines de charbon, il a été utilisé des composés thermoplastiques, tels que les brais de houille, les bitumes de pétrole, etc.... Ces liants30 comportent des matières volatiles, générant des fumées lors de l'utilisation du charbon comme combustible. C'est la raison pour laquelle les agglomérés ainsi obtenus sont généralement soumis à une opération de désenfumage, sous atmosphère oxydante, dont l'objectif est d'éliminer les35 matières volatiles. Toutefois, cette opération est coûteuse 2 2723367 et, de plus, détériore les propriétés mécaniques des agglomérés. On a également proposé l'utilisation, comme liant, de lessives lignosulfitiques, d'amidons, de mélasses, de silicates de soude, de liants hydrauliques, d'argiles (par exemple de bentonites). Chacun de ces liants présente des inconvénients. Les liants thermoplastiques nécessitent de grosses dépenses d'énergie thermique, les liants à base de mélasse et de10 lessive lignosulfitique impliquent également une dépense énergétique importante pour l'obtention d'agglomérés ayant une bonne tenue à l'eau, les liants minéraux ne peuvent conférer une bonne tenue mécanique aux agglomérés qu'après un temps de mûrissement relativement long, les amidons15 donnent aux agglomérés une bonne cohésion pendant le démoulage, mais résistent mal à l'humidité. L'objectif de l'invention est donc de proposer un liant conférant simultanément aux agglomérés un bon comportement mécanique au démoulage, une bonne résistance à20 l'écrasement, une bonne tenue aux intempéries et une mise en oeuvre du procédé d'agglomération dans de bonnes conditions économiques et permettant d'obtenir des agglomérés ayant un caractère totalement écologique. Ni les produits mis en oeuvre, ni le procédé ne présentent de25 risques polluants. A cet effet, l'invention concerne un liant pour agglomération à froid de fines de combustible qui comporte au moins un amylacé, au moins une argile et au moins un aluminate de calcium.30 Selon différents modes de réalisation présentant chacun leurs avantages propres, ce liant présente les caractéristiques suivantes, éventuellement prises en combinaison: l'amylacé peut être un amidon prégel ou un amidon natif; - l'argile est de la bentonite; - le liant comporte un agent biocide; L'invention concerne également un aggloméré comportant un liant lui-même comportant au moins un amylacé, au moins une argile et au moins un aluminate de calcium. Un tel aggloméré comporte, de préférence, de 0,5 % à 5 % de produits amylacés, de 0,5 % à 5 % d'argile et de 0,5 % à 5 % d'aluminate de calcium. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'aggloméré de fines de combustible à froid desdites fines de combustible avec un liant comportant au moins un amylacé, au moins une argile et au moins un aluminate de calcium. Selon ce procédé, les fines de combustible sont traitées de façon à leur donner une teneur en eau comprise entre 6 et 15 % lors de leur mélange au liant. Dans différents modes de réalisation préférés: - les composants du liant sont prémélangés avant leur mélange avec les fines de combustible; - les composants du liant sont ajoutés séparément aux fines de combustible; les amylacés peuvent être prégélatinisés ou les amylacés sont natifs; l'éclatement des amylacés est fait après leur mélange avec les fines de combustible; - l'éclatement des amylacés est fait avant leur mélange avec les fines de combustible; - l'éclatement de l'amidon est réalisé à la chaleur, - l'éclatement de l'amidon est réalisé avec un additif. Un mode de réalisation est décrit ci-après en détail, en référence aux exemples et aux dessins annexés dans lesquels: - la Figure 1 est une représentation schématique d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention; - les Figures 2 et 3 sont des représentations schématiques indiquant la forme des agglomérés utilisés lors des essais donnés en exemples; - les Figures 4 et 5 sont des représentations graphiques des résultats des essais donnés en exemples. Les produits amylacés entrant dans la composition du liant de l'invention peuvent appartenir à l'une quelconque des différentes familles connues. Il peut s'agir: * des amidons natifs, tel que les amidons de céréales (blé, maïs, riz...), les amidons de tubercules, notamment les fécules de pommes de terre, de manioc.... Dans ce cas, on peut provoquer l'éclatement des produits amylacés par cuisson à la vapeur vive, dans un autoclave selon le procédé dit "jet cooker". Cela permet d'obtenir un liquide visqueux qui est ensuite incorporé dans un malaxeur avec les autres composants du liant et les fines à traiter. L'éclatement peut également être réalisé in situ après que les produits amylacés natifs aient été mélangés aux fines à traiter et aux composants du liant. * de produits amylacés transformés, tels que les dextrines, les produits oxydés ou chlorés, les produits hydrolysés et estérifiés et les produits éthérifiés.25 * de produits prégélatinisés, encore appelés amidons prégels, produits précuits ou amidons gonflants qui sont obtenus à partir de produits natifs ou hydrolysés cuits en phase aqueuse sur un cylindre sécheur, avec ou sans réactif chimique. Ils se présentent alors sous forme de petites30 paillettes qui, par dispersion dans l'eau froide, sous agitation, donnent des colles. Différentes argiles peuvent être mises en oeuvre comme composants du liant de l'invention. On peut avantageusement utiliser des argiles de la famille des smectites, en35 particulier les bentonites de sodium ou de calcium naturelles ou activées. On a obtenu de bons résultats avec les bentonites qui sont un type d'argile particulier et qui forment un gel avec l'eau. Les aluminates de calcium sont apportés sous forme de ciments d'aluminates de calcium, quelquefois appelés simplement ciments alumineux, qui sont des produits obtenus par broyage fin de clinker d'aluminates de calcium. Le clinker d'aluminates de calcium est un produit constitué en majeure partie d'aluminates de calcium obtenus, soit parl0 fusion de calcaire et de bauxite, soit par frittage de chaux (CaO) et d'alumine (A12 03). Différents adjuvants peuvent également être adjoints aux aluminates de calcium, afin d'en faciliter la mise en oeuvre et d'optimiser les conditions de prise.15 On utilise, de préférence ici, un ciment d'aluminates contenant de 30 à 80 % d'alumine, avantageusement de 40 à % et, par exemple, de 50 à 60 %. Le procédé de fabrication d'aggloméré de fines de combustible à froid de l'invention est plus particulièrement décrit en référence à la Figure 1. Les procédés d'agglomération mettent souvent en oeuvre un chauffage des agglomérés après leur démoulage. On appelle ici procédés d'agglomération à froid, les procédés qui ne comportent pas un tel chauffage.25 Le produit brut 1, stocké dans la trémie 2, est transmis par le tapis transporteur 3 au sécheur 4. Apres séchage, les fines de combustible sont transmises par la vis 5 au crible 7. La vis 5 est également alimentée par les produits récupérés par le système 6 de filtration de l'air30 et par les résidus rejetés par le tapis cribleur 22 dont le rôle sera indiqué plus loin. Le broyeur 8 et le crible 7 permettent de contrôler la granulométrie des produits transmis par la vis 9 et par l'élévateur 10 à la trémie 11 de stockage. Par ailleurs,35 les trémies 12, 13 et 14 contiennent, respectivement l'argile, les amylacés et l'aluminate de calcium destinés à la réalisation des liants. Le transporteur 15 assure l'alimentation de ces produits, conjointement aux fines de combustible, portés par le transporteur 16 dans le mélangeur continu 17. Dans ce mélangeur, sont également apportées de l'eau par la circulation 18 et de la vapeur par la circulation 19. L'ensemble est alors fourni à une presse à roues tangentes 20, soumis à un tapis cribleur 21, éventuellement recyclé par le transporteur 21, et alimente ensuite le transporteur 23 qui constitue le stock de produits agglomérés 24. Ainsi, le taux d'humidité des fines de combustible 1 est ajusté et contrôlé par le sécheur 4. Ces produits sont dûment fragmentés par le broyeur 8 et, après tamisage, sont mélangés par le mélangeur 17 avec les différents composants du liant. L'apport d'eau 18 assure une teneur en eau des fines de combustible comprise entre 6 et 15 %, et l'apport de vapeur 19 permet l'éclatement de l'amidon natif. Dans20 l'hypothèse o dès leur stockage, les fines de combustible présentent le taux d'humidité voulu, l'étape de séchage peut être supprimée. La presse à roues tangentes 20 réalise l'agglomération à froid. Le tapis cribleur 16 permet la récupération des déchets de produits lors de l'agglomération et leur recyclage dans le processus. Le tapis 23 permet l'évacuation des agglomérés et leur stockage 24. Les exemples suivants illustrent l'invention. Les essais décrits ont été réalisés sur des fines d'anthracite comprises dans la tranche granulométrique de 0 à 3 mm. Les boulets ont les formes représentées, respectivement sur les Figures 2 et 3. Sur ces Figures, 30 et 33 représentent les vues de face, 31 et 34 les vues de35 côtés, 32 et 35 les vues de dessus. Le boulet d'environ 28 cm3, représenté sur la Figure 2, a une épaisseur d'environ 56 mm, une hauteur de l'ordre de 36 mm, une largeur de l'ordre de 24 mm. Le boulet de 10 cm3 environ, représenté sur la Figure 3, a une épaisseur d'environ 27 mm, une hauteur de l'ordre de 34 mm, une largeur de l'ordre de 18 mm. Les boulets agglomérés correspondant à ceux de la Figure 2 ont un poids de 32 g et sont obtenus sur une presse à roues tangentes KOMAREK (Marque déposée) type10 DH 400. Les boulets agglomérés correspondant à ceux de la Figure 3 ont un poids de 9 g et sont obtenus sur une presse à roues tangentes KOMAREK (Marque déposée) type B100. EXEMPLE 1 Les mesures sont réalisées selon les protocoles suivants sur des boulets de 9 g (Figure 3). Le pourcentage d'humidité est déterminé par thermopesée, par exemple, mesuré par un humidimètre Sartorius (Marque déposée) sur pâte, avant passage dans la presse. Les tests en chute sont réalisés de la manière suivante: 5 boulets sont lancés d'une hauteur de 2 mètres sur une plaque en tôle, 4 fois consécutives. On donne le25 nombre de boulets intacts après 4 chutes. Les résistances à la compression sont données à t = 0 et à t = 24 heures. Les résistances sont exprimées en kg. L'aggloméré est placé entre deux plaques. La plaque inférieure sur laquelle repose le boulet, remonte à vitesse30 constante jusqu'à une hauteur prédéfinie. La résistance est la force opposée par le boulet à son écrasement. La bonne tenue à l'eau du boulet est mesurée par un test d'immersion/compression particulièrement exigeant dont le protocole est le suivant:35 - mesure de R, résistance à la compression après une durée déterminée de maturation Tm à l'air; - immersion du boulet dans de l'eau pendant 7 jours; - après sept jours d'immersion, mesure de la résistance à la compression r; - expression du rapport r/R, en % de résistance conservée après immersion. Les résultats donnés dans le tableau 1 ont été obtenus avec les compositions I et II qui sont deux modes de réalisation de l'invention. Les compositions III à VI sont des tests comparatifs. Seule l'association des trois co-liants décrite dans la présente invention et objet des compositions I et II donne des résultats satisfaisants pour les critères retenus: tests en chute, résistance en compression et résistance à l'immersion. - Un liant hydraulique classique, en l'occurrence un ciment type CPJ 45 utilisé à la place de l'aluminate de calcium dans le liant, ne donne pas une bonne résistance à l'eau: 56 % seulement de la résistance est conservée,20 contre au minimum 80 % avec un liant à base d'AC (composition III). - L'utilisation d'amidon prégel ou d'amidon natif comme co-liants donne des bons résultats dans les deux cas. - L'association de seulement deux des trois co-liants ne donne pas de résultats satisfaisants: * Pour un mélange amidon/bentonite (composition IV), la résistance à l'eau est seulement de 42 % en compression conservée. * Si l'on retire la bentonite (composition V), la montée en résistance des boulets séchés à l'air est insuffisante: 23 kg seulement, contre au minimum 30 kg avec la formule de la présente invention. Le tableau 2 et les graphiques des Figures 4 et 5 permettent de comparer l'évolution de la résistance en compression après immersion en fonction du temps de mûrissement, en valeur absolue et en valeur relative (c'est-à-dire rapportée à la résistance avant immersion) des agglomérés obtenus avec les compositions I, III, IV, V. La composition I est un mode de réalisation de l'invention. Les compositions III, IV et V sont des tests comparatifs. EXEMPLE 2 Cet exemple concerne des boulets de 32 g obtenus sur une presse industrielle (Figure 2). Les mêmes protocoles de mesure sont appliqués pour le pourcentage d'humidité, la résistance à la compression et la bonne tenue à l'eau. L'humidité mesurée sur cet essai est de 12,3 %; les tests en chute ont été réalisés sur 5 kg de boulets lancés 4 fois d'une hauteur de 2 mètres. Le pourcentage de boulets cassés est de seulement 4 %. La résistance à la compression - à t = 0 est de 69,2 kg - à t = 24 h est de 123 kg. Le pourcentage de compression préservé après 24 h de séchage des boulets dans l'air et 7 jours d'immersion est de 88 %. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. INVENTION TESTS COMPARATIFS N de la composition III IV V VI Composition du liantamidon prégel 2%amidon natif 2 %amidon prégel 2 %amidon prégel 2% amidon prégel 3 % o Composit aidondnaiin2 ami do. prgea bentonite2 % bentonite2 %bentonite2 %bentonite2 % Al. deCa2,5% AI. deCa2,5%CPJ45 2, 5% AI. deCa 2,5 % deCa 2,5% % d'humidité 12 % 10 % 10 % 10 % 10 % 8 % Tests cnil chute5/5 4/5 5/5 4/5 4/5 0/5 RO 13,8 13 12,6 11,5 16,5 4,6 R-24 h 30,4 30 16,9 16,2 27 8,23 r-24 h 34,3 26,7 9,5 6,9 24,4 8,2 r/R-24h 113% 89% 56% 42% 90% 100% Tableau 1 INVENTION TESTS COMPARATIFS N de la composition iIV v Composition du liant amidon prégel 2 % amidon prégel 2 % amidon prégel 2 % amidon prégel 3 % entonite 2 % entonite 2 % entonite 2% AI. de Ca 2,5 % CPJ 45 2,5 % A de Ca 2 5 % AI. de Ca 2,5% r 24 34,3 9,5 6,95 24,4 r/R24 113% 56% 42 % 90% r 48 29,8 9,2 6 72 22,8 r/R 48 92 % 42 % 36 %__ 64 % r 168 28,2 9 7,1 21,1 r/R 168 80 % 24 % 27 % 37 % Tableau 2 REVENDICATIONS 1. Liant pour agglomération à froid de fines de combustible, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un amylacé, au moins une argile et au moins un aluminate de 5 calcium. 2. Liant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amylacé est un amidon prégel. 3. Liant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amylacé est un amidon natif. 4. Liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'argile est de la bentonite. 5. Liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un agent biocide. 6. Aggloméré de fines de combustible comportant un liant, caractérisé en ce que ce liant comporte au moins un amylacé, au moins une argile et au moins un aluminate de calcium. 7. Aggloméré selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte de 0,5 % à 5 % de produits amylacés, de 0,5 % à 5 % d'argile et de 0,5 % à 5 % d'aluminate de calcium. 8. Procédé de fabrication d'aggloméré de fines de combustible à froid desdites fines de combustible, caractérisé en ce qu'on utilise un liant comportant au25 moins un amylacé, au moins une argile et au moins un aluminate de calcium, et que les fines de combustible sont traitées de façon à leur donner une teneur en eau comprise entre 6 et 15 % lors de leur mélange au liant. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les composants du liant sont prémélangés avant leur mélange avec les fines de combustible. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les composants du liant sont ajoutés séparément aux fines de combustible.35 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les amylacés sont prégélatinisés. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les amylacés sont natifs. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'éclatement des amylacés est fait après leur mélange avec les fines de combustible. 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'éclatement des amylacés est fait avant leur mélange avec les fines de combustible. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que l'éclatement de l'amidon est réalisé à la chaleur. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'éclatement de l'amidon est réalisé avec un additif.