Brevet FR2753637A1 — publié le 19980327

La présente invention concerne le stockage et la manutention des fumées de silice et elle a pour objet un procédé visant à faciliter le stockage et la manutention de ces fumées ainsi que des mélanges stockés selon l'invention. Elle a également pour objet une application des mélanges stockés selon l'invention à la préparation d'un mortier ou d'un béton. Les fumées de silice sont des sous produits de la fabAcation au four électrique de silicium, du ferro-silicium, ou du zirconium. Issues de l'oxydation par i'air du monoxyde de silicium Si-O en phase gazeuse, à très haute température, ces fumées se condensent par refroidissement au cours du trajet de sortie des gaz, et sont piégées dans des filtres à manche puis stockées en silos. Leur forme est parfaitement sphérique, et leur granulométrie se situe dans la gamme très basse de 50 à 1000 nanomètres. Les fumées de silice ont une densité absolue plusieurs fois supérieure à leur densité apparente, par exemple une densité absolue de 2,23 pour une densité apparente de 0,37, en sorte qu'il est nécessaire de les densifier pour réduire le volume de stockage ainsi que le volume de transport. L'opération de densification est pratiquée, soit par voie mécanique (pressage), soit par voie pneumatique, soit à l'aide d'une assiette granulatrice. Dans ce dernier cas, le produit est humide. Dans tous les cas, la désagglomération est difficile. En effet, les particules de fumée de silice se présentent sous la forme d'amas ou d'agglomérats en forme de grappes, dans lesquels les grains sphériques sont partiellement soudés, suite à leur formation à haute température. Le but de l'invention est de faciliter ltécoulement et par conséquent le stockage en silos et la manutention des fumées de silice, sans donner lieu aux inconvénients des procédés connus. On y parvint, selon la présente invention, en mélangeant les fumées de silice avec du sable, éventuellement avec un filler, en sorte que le volume poreux du sable soit au moins égal au volume absolu des fumées de silice augmenté du volume absolu du filler. On entend par filler" une poudre minérale fine constituée d'au moins 70% en poids de particules de diamètre compris entre 1 et 30 micromètres. Dans le cas d'une particule de forme quelconque, le mot diamètre désigne le diamètre de la sphère équivalent au volume de la particule. Le mot sable" désigne un sable ou un mélange de sables et le mot filler" désigne un filler ou un mélange de fillers. De préférence, on utilise un sable de faible étendue granulaire, typiquement environ 100 à environ 800 micromètres, et de préférence on utilise une proportion de sable et éventuellement de filler, en sorte que le poids des fumées de silice constitue au plus 35% du poids du mélange. L'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'un sable ou d'un filler particulier, mais les sables et les fillers siliceux ou calcaires seront le plus souvent utilisés aux fins de l'invention. De préférence, la proportion massique maximale de filler est de 1 partie de filler pour 4 parties de sable. On utilise de préférence un filler du groupe constitué par les quartz broyés et les carbonates. Le mélange peut éventuellement comporter des proportions mineures d'autres composants non susceptibles de prise hydraulique. Un mélange ayant la composition de l'invention, se comporte quasiment comme du sable pur en ce qui concerne le temps d'écoulement du mélange, sans nécessiter de vibrations. Exemples: On mesure le temps d'écoulement des fumées de silice seules, d'un sable seul, d'un mélange de sable et de fumées de silice et d'un mélange de sable, de fumées de silice et de quartz broyé, à la sortie d'un récipient conique d'une hauteur de 300 millimètres et une d'ouverture d'entrée de 200 millimètres, la sortie étant constituée par un tube de 80 millimètres de diamètre. On a indiqué dans le tableau 1 ci-après les caractéristiques du sable d'une part, et des fumées de silice d'autre part, et on a indiqué dans les tableaux 2 et 3 ci-après les caractéristiques des mélanges conformes à la présente invention. Le mélange correspondant au tableau 2 comporte un traceur ajouté pour permettre l'observation du mélange au microscope électronique : cette observation a permis de constater que le mélange ne comporte pas d'amas de particules de fumées de silice. Les exemples montrent que l'invention a permis d'augmenter sensiblement la densité apparente et d'augmenter très sensiblement la vitesse d'écoulement. L'invention est utile notamment pour le stockage des fumées de silice destinées à la fabrication des mortiers et des bétons, et il est avantageux dans ce cas d'inclure une proportion de sable qui soit voisine de la proportion de sable requise pour la fabrication du mortier ou du béton. Tableau 1 Constituants purs Sable Fumées de silice Diamètre (micromètres) 310 0,25 masses (g) 9696 2368,9 densité apparente (g/cm3) 1,51 0,37 volume (dm3) 6434,00 6434,00 densité absolue 2,65 2,23 volume absolu (cm3) 3658,87 1062,29 volume poreux (cm3) 2775,13 5371,71 volume poreux % 43,13 83,49 Temps d'écoulement (s) 2,4 infini Ecoulement sous vibration 15,7 Tableau 2 Mélange 1 Sable Fumée de silice Traceur Total Fraction classique 0,80 0,15 0,05 1 masses (kg) 55,00 10,64 3,23 68,9 densité app. (kg/m3) 1,51 0,37 1,5 1,06 vol. apparent (dm3) 36,42 28,74 2,15 65,2 fraction volumique app. 0,54 0,43 0,03 1,0 densité absolue 2,65 2,23 3,84 2,61 vol. absolu (dm3) 20,75 4,77 0,84 26,37 vol. poreux (dm3) 15,67 23,97 1,31 38,80 porosité 43,02 83,41 60,94 59,54 Densité apparente 1,10 Indice de compactage (%) e Ecoulement (s) sans vibration 2,4 infini 3,02 Ecoulement (s) avec vibrations 15,7 2,6 La valeur 1,06 de la densité apparente du mélange est la valeur calculée par addition des volumes apparents des constituants, connaissant leurs proportions. dans cette hypothèse, les constituants conserveraient le même volume de vides intergranulaires au cours du mélange. Cette valeur est à comparer à la valeur mesurée, à savoir 1.10, qui montre un gain de compacité de 4,08%. Ce gain est dû à l'occupation d'une partie des vides intergranulaires du sable par les fumées de silice. Sa valeur relativement faible est due à l'augmentation du volume des vides de la fumée de silice au cours de l'opération de mélange, du fait du brassage énergique avec l'air contenu dans le malaxeur. On constate que le temps d'écoulement du mélange sans vibrations est très peu inférieur à celui du sable seul. En l'absence de vibrations, il est impossible de prendre le temps l'écoulement des fumées de silice dans les conditions du test. Le temps d'écoulement sous vibrations est six fois plus faible pour le mélange que pour la fumée de silice pure. Tableau 3 Mélange Sable I Fumées hller de quartz Mélange Fraction massique 0,696 0,158 0,146 1 D50 310 0,25 10 masse (g) 3500 795,5 734,3 5029,8 densité apparente (dm3) 1,51 0,37 0,97 0,968 vol. apparent (dm3) 2317,9 2150,0 757,0 5224,9 densité absolue 2,65 2,23 2,65 2,59 vol. absolu (cm3) 1320,8 356,7 277,1 1944,5 vol. poreux (cm3) 997,1 1793,3 479,9 3280,4 porosité (cm3) 43,0 83,4 63,4 62,8 densité apparente mesurée 0,964 temps d'écoulement sans vibrations 2,4 infini I 3,7 temps d'écoulemet sous vibrations 15,7 7 57 2,7 n est bien entendu que ces exemples ne sont pas limitatifs de la portée de l'invention. La facilité de stockage et de manutention, ainsi que la composition d'un mélange selon l'invention, est avantageuse notamment dans la préparation d'un mortier ou d'un béton dont la composition implique la présence de fumées de silice. Dans ce cas, le mélange selon l'invention est transporté jusqu'à l'endroit prévu pour la préparation du mortier et du béton où il est malaxé avec le ciment et les autres composants du mortier ou du béton (agrégats, composants particuliers, additifs, eau). La proportion de sable dans le mélange peut être la proportion voulue pour la composition de mortier ou du béton ou une proportion inférieure. Dans ce dernier, on complète la quantité de sable au moment approprié. Revendications 1. Procédé pour faciliter le stockage et l'écoulement des fumées de silice, caractérisé en ce que l'on mélange ces fumées avec du sable, éventuellement avec un filler, en sorte que le volume poreux du sable soit au moins égal au volume absolu des fumées de silice augmenté du volume absolu du filler. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on utilise un sable dont l'étendue granulaire est en majorité dans la gamme environ 100 à environ 800 micromètres. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel on utilise une proportion de sable et éventuellement de filler telle que le poids des fumées de silice constitue au plus 35% du poids du mélange. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on utilise une proportion massique de filler au plus égale à 1 partie de filler pour 4 parties de sable. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le filler est choisi dans le groupe constitué par les quartz broyés et les carbonates. 6. Les fumées de silice stockées en silos, caractérisées en ce qu'elles y sont mélangées avec du sable, éventuellement avec un filler, en sorte que le volume poreux du sable soit au moins égal au volume absolu des fumées de silice augmenté du volume absolu du filler. 7. Les fumées de silice selon la revendication 6, dans lesquelles le sable a une étendue granulaire qui est en majorité dans la gamme environ 100 à environ 800 micromètres. 8. Les fumées de silice selon la revendication 6 ou 7, dans lesquelles le poids de fumées de silice est au plus égal à 35% du poids du mélange. 9. Les fumées de silice, selon l'une des revendications 6 à 8, dans lesquelles la proportion massique de filler est au plus de 1 partie de filler pour 4 parties de sable. 10. Les fumées de silice, selon l'une des revendications 6 à 9, dans lesquelles le filler est choisi dans le groupe constitué par les quartz broyés et les carbonates. 11. Procédé pour préparer un mortier ou un béton dans lequel on stocke et on transporte un mélange de fumées de silice, de sable, éventuellement de filler, tel que défini dans l'une des revendication 6 à 10 jusqu'au lieu décidé pour la préparation du mortier et du béton et on le malaxe avec le ciment et les autres constituants du mortier et du béton, éventuellement après avoir complété la proportion de sable et de filler.