Brevet FR2758548A1 — publié le 19980724

L'invention a pour objet un procédé de fabrication de matériau expansé sous forme de granulés, à partir de verre, notamment de verre de récupération. Elle vise également l'utilisation des granulés obtenus comme constituants de pièces destinées à l'isolation, à la filtration, à l'extraction de matière. Il est connu de réaliser des matériaux expansés. Toutefois, les procédés de fabrication de ces matériaux sont souvent délicats à mettre en oeuvre. En effet, certains nécessitent des conditions expérimentales assez dures, d'autres font appel à des agents d'expansion dangereux et, de ce fait, difficiles à manipuler. L'invention a pour but de fournir un procédé de fabrication de matériaux expansés sous forme de granulés, qui soit plus performant que ceux qui existent déjà, notamment en terme de simplicité de mise en oeuvre, de rentabilité et de qualité du produit obtenu. On y parvient, selon l'invention, en mettant en oeuvre un procédé qui implique les opérations suivantes mélange de poudre de verre et de poudre de nitrure d'aluminium (AlN) avec un liant, le liant étant choisi dans le groupe comprenant les gommes végétales hydrolysées, notamment la gomme arabique hydrolysée, l'amidon, l'eau, la paraffine, les gommes naturelles, . granulation du mélange, pour obtenir des granulés de taille compris entre 0,5 mm et 10 mm, et de préférence entre 1 mm et 8 mm, et plus préférentiellement encore entre 1 mm et 5 mm, et cuisson des granulés à une température comprise entre 700 et 12000C, et de préférence entre 800 et 1100 C, et plus préférentiellement encore voisine de 10000C. Les granulés de matériau expansé selon l'invention peuvent être obtenus à partir de verres ménagers de récupération. La composition de ce verre ménager peut varier sensiblement selon ses origines, comme la région, l'habitude des consommateurs ou la saison de collecte. Cette variation de la composition du produit de départ n'est pas sans influence sur l'expansion. Néanmoins, elle peut être facilement corrigée par une légère modification de la température d'expansion ou de la composition du mélange de départ, à savoir la proportion de la poudre de verre et de la poudre de nitrure d'aluminium notamment. Après nettoyage et séchage, le verre de départ est réduit en poudre, puis celle-ci peut être stockée dans un endroit sec et préservée ainsi de l'humidité. Par conséquent, le procédé selon l'invention présente l'avantage de pouvoir être mis en oeuvre en partant de matière première peu coûteuse, puisqu'il s'agit de verre de récupération. Le procédé est donc forcément économique en terme de matière première. On peut utiliser des liants se présentant sous diverses formes. Par exemple, on peut utiliser une gomme arabique se présentant sous forme de gomme entière non concassée. En cas de besoin, les autres présentations de ce produit peuvent convenir également. La diversité des liants susceptibles d'être utilisés constitue un avantage supplémentaire de la présente invention. Le nitrure d'aluminium constitue l'agent d'expansion du matériau à base de verre conforme à l'invention. La manipulation de ce nitrure est bien maîtrisée et relativement simple. En particulier, son stockage ne nécessite pas de précautions particulières en dehors de sa protection contre l'humidité. Cela plaide pour la simplicité du procédé conforme à l'invention. Enfin, on peut observer que le matériel utilisé dans le cadre de la présente invention est classiquement disponible dans les usines de production du verre. Il s'agit là d'un avantage considérable en pratique. De préférence, on utilise de la poudre de verre présentant une granulométrie moyenne comprise entre 10 et 100 Hm, et de préférence voisine de 50 ym. Avantageusement, on utilise de la poudre de nitrure d'aluminium présentant une granulométrie moyenne inférieure à celle de la poudre de verre, et de préférence une granulométrie moyenne inférieure à environ 50 pm. Les diverses opérations du procédé peuvent avoir lieu simultanément ou séparément dans le temps. On peut donc envisager divers modes de production, qu'ils soient continus ou discontinus. De préférence, le procédé selon l'invention comprend une opération préliminaire de fabrication du liant, cette opération comprenant, en particulier, la mise en solution d'une gomme végétale, notamment une gomme arabique, avec de l'eau, la mise en solution étant réalisée à une température comprise entre 20 et 1500C, et de préférence comprise entre 20 et 1000C, pour obtenir une gomme hydrolysée entrant dans la constitution du liant. Par exemple, le liant peut être obtenu par macération de gomme arabique dans une cuve d'eau chaude sous une agitation permanente, la proportion pouvant être d'environ 3 kg de gomme arabique pour 130 litres d'eau. On peut ajouter environ 500 à 1000 millilitres d'essence de pin. Pour cela, il convient de bien mélanger l'ensemble pendant toute la préparation. On estime qu'une bonne solution serait de 2,3 kg de gomme arabique, 100 litres d'eau et 0,6 litre d'essence de pin. Le liant ainsi préparé peut être gardé dans des cuves pendant quelques jours. Il est utile d'agiter le produit avant son utilisation. L'introduction d'essence de pin a pour effet d'éviter la ségrégation de la gomme. Cette introduction facilite la granulation puisqu'elle lubrifie les granulés et aide à la calcination de la gomme arabique. La proportion de poudre de nitrure d'aluminium mise en oeuvre dans le cadre du procédé conforme à la présente invention détermine le taux d'expansion du matériau obtenu. Cette proportion peut donc, en principe, être ajustée en fonction, notamment, de la densité que l'on souhaite obtenir pour le matériau expansé. Avantageusement, on met en oeuvre la poudre de nitrure d'aluminium (AlN) dans une proportion relative en poids comprise entre 0,3 et 8 %, de préférence comprise entre 0,8 et 6 %, et plus préférentiellement encore comprise entre 1 et 4 % par rapport à la quantité totale de poudre de verre. La diminution de la proportion de poudre de nitrure d'aluminium nécessite d'augmenter la température pour obtenir un taux d'expansion sensiblement égal. Toutefois, les granulés obtenus perdent en résistance mécanique, puisque la cuisson les rend friables et fragiles. En pratique, il convient, par exemple, de peser la poudre de verre, puis de la mettre dans un mélangeur et d'y ajouter la quantité de poudre de nitrure d'aluminium correspondant. A ce stade, on peut mélanger l'ensemble jusqu'à l'obtention d'un mélange homogène. La durée de mélange dépend du type de mélangeur utilisé. Si la cuve de stockage est bien étanche à l'air et à l'humidité, le mélange ainsi préparé peut être gardé trois à quatre jours avant son utilisation. Avantageusement, on met en oeuvre une quantité totale de poudre de verre et de poudre de nitrure d'aluminium par rapport au liant correspondant à environ 100 kg de poudre de verre et de poudre de nitrure d'aluminium pour 5 à 30 litres de liant, et de préférence pour 10 à 25 litres de liant. Plus avantageusement encore, on mélange au préalable la poudre de verre et la poudre de nitrure d'aluminium (AlN). Souvent, il est bon de passer tout de suite à la phase de granulation après la phase de mélange de la poudre de verre et de la poudre de nitrure d'aluminium avec le liant, afin d'éviter la réaction du nitrure avec le liant et l'assèchement du mélange. Lors de l'opération de granulation, on utilise, en général, les moyens bien connus de l'homme de l'art. De préférence, on réalise la granulation à l'aide de presses à agglomérer ou d'extrudeuses, et de préférence à l'aide d'une presse à granuler à filière. A titre d'illustration, on peut aussi utiliser les tambours et les plateaux de granulation. Plus préférentiellement, on fait sécher les granulés avant de les soumettre à la cuisson, en utilisant notamment un système de séchage par résistance électrique, un système de séchage par infrarouge ou un système de séchage par récupération de chaleur. Après la granulation, on peut, par exemple, récupérer les granulés sur un tapis roulant muni d'un système de séchage, effectuer un tamisage des granulés les plus fins au moyen de ce même tapis. Les granulés les plus fins peuvent être écartés, puis réintroduits avec la poudre de verre et la poudre de nitrure d'aluminium et le liant pour l'opération de mélange. En réalité, l'élimination des granulés les plus fins peut être importante pour préparer et mieux contrôler l'étape de cuisson. En effet, compte tenu de leurs petites tailles, certains granulés atteignent rapidement une faible viscosité qui favorise leur adhésion aux autres granulés environnants. Ce phénomène entraîne une réaction en chaîne et la formation de blocs de granulés expansés agglomérés. Par ailleurs, en bout de ce tapis roulant, avant un éventuel stockage dans la trémie d'alimentation du four, il est utile de prévoir un système de saupoudrage, afin de séparer convenablement les granulés entre eux. De préférence, les granulés séchés sont, en outre, tamisés avant d'être soumis à la cuisson, afin de conserver essentiellement des granulés de taille supérieure à environ 0,5 mm, et de préférence supérieure à environ 1 mm. Plus préférentiellement encore, on saupoudre les granulés à l'aide d'une poudre inerte choisie dans le groupe comprenant le kaolin, la silice, l'alumine et le carbonate de calcium ou un mélange de ceux-ci, avant de les soumettre à l'opération de cuisson. Pour la cuisson des granulés, on peut utiliser un four tournant, ayant une vitesse de rotation variable et comportant un système de réglage de l'inclinaison du tube réactionnel. Grâce à la combinaison de ces deux paramètres, on peut maîtriser le temps de passage des granulés dans le four, ce qui détermine la cuisson et le taux d'expansion. On peut utiliser, par exemple, un four électrique à résistance chauffante, avec un tube réactionnel comportant trois zones, à savoir - une zone d'arrivée du produit, zone non chauffée, . une zone isotherme chauffée à la température de réaction, et . une zone de refroidissement non chauffée. Ces trois zones ont chacune leur importance dans la réaction d'expansion. Le tube réactionnel ainsi que les granulés peuvent être recouverts d'un agent démoulant pour éviter toute agglomération ou tout collage. Après récupération des granulés à la sortie du tube, il est utile d'effectuer une opération simple, par soufflage par exemple, pour éliminer le surplus d'agent démoulant entraîné ou se trouvant en surface des granulés. La récupération des granulés ne nécessite aucune précaution particulière. Si la zone de refroidissement est bien respectée, leur manipulation ne présente aucun risque. Des opérations de tamisage et de calibrage peuvent être envisagées à ce niveau du procédé si l'on veut effectuer une répartition par tailles des granulés. Ceuxci peuvent être stockés en fût ou autre mode de conditionnement sans précaution particulière. On note que l'utilisation de gants et de masque est recommandée sur l'ensemble des opérations. Cela étant, en dehors de cette dernière recommandation, le procédé et le matériau ne présentent aucun danger. Les déchets résultant du procédé, comme la fine poudre de verre, peuvent être réintroduits à différents niveaux selon les cas. Selon une première variante du procédé conforme à l'invention, on utilise la poudre de nitrure d'aluminium dans une proportion relative en poids comprise entre 0,5 et 5 % par rapport à la quantité totale de poudre de verre, et de préférence voisine de 2 %, et on réalise la cuisson à. une température comprise entre 750 et 12000C, et de préférence entre 800 et 1100 C, pendant une durée comprise entre 2 et 60 minutes, et de préférence comprise entre 5 et 30 minutes, afin d'obtenir un matériau à porosité ouverte ou fermée. De préférence, lors de l'opération de mélange, on ajoute, en outre, de l'oxyde de fer (fie203), dans une proportion relative en poids comprise entre 0,5 et 6 %, et de préférence voisine de 1,5 %, par rapport à la quantité totale de poudre de verre. A température et durée de cuisson fixées, on obtient des granulés à porosité fermée pour un rapport nitrure d'aluminium/oxyde de fer inférieur à 2 et des granulés à porosité ouverte pour un rapport nitrure d'aluminium/oxyde de fer supérieur à 2. Pour contrôler l'expansion des pores et la couleur des granulés, on peut ajouter d'autres oxydes ou sels métalliques. Les granulés obtenus conformément au procédé selon l'invention peuvent être utilisés comme constituants de pièces destinées à l'extraction de matières, notamment des filtres, des colonnes de garnissage, comme éléments de remplissage de pièces d'isolation. L'invention pourra être mieux comprise à l'aide des exemples non limitatifs qui suivent et qui constituent des modes de mise en oeuvre préférentiels du procédé selon l'invention. Exemple 1 On mélange 1 kg de poudres comprenant du verre broyé, 2 % d'AlN, 2 % de Fe203 et 200 millilitres de liant. On effectue la granulation à l'aide d'un granulateur à vis sans fin muni d'une filière de dimension comprise entre 1 et 5 millimètres. On réalise le séchage des agglomérats ainsi obtenus, puis le saupoudrage avec du carbonate de calcium. On réalise la cuisson dans un four tournant à une température de 10000C environ. On récupère les granulés. Ceux-ci présentent une taille après expansion comprise entre au moins 3 et 10 millimètres. Ces granulés ont une porosité fermée et présentent une densité apparente de 180 à 220 kg/m3. Les pourcentages mis en oeuvre dans cet exemple sont des pourcentages relatifs en poids. L'oxyde de fer Fe2O3 a une influence sur la quantité des pores formés lors du procédé. Exemple 2 On prépare 1 kg de verre broyé avec de la vase dans des proportions de 75 % de verre et 25 % de vase. On ajoute 2 % en masse de nitrure d'aluminium. On incorpore le liant suivant la même proportion que dans l'exemple 1. On réalise la granulation selon la même méthode que pour l'exemple 1. On saupoudre avec du carbonate de calcium après séchage. On réalise la cuisson en four tournant à 11000C. Les granulés obtenus mesurent 3 à 12 mm. Ils présentent une porosité ouverte, leur densité apparente est comprise entre 160 à 220 kg/m3. Les pourcentages mis en oeuvre dans cet exemple sont des pourcentages relatifs en poids. Pour contrôler l'expansion des pores, on peut ajouter des oxydes ou des sels métalliques. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de matériau expansé sous forme de granulés, à partir de verre, notamment de verre de récupération, caractérisé par le fait qu'il implique les opérations suivantes : . mélange de poudre de verre et de poudre de nitrure d'aluminium (AlN) avec un liant, le liant étant choisi dans le groupe comprenant les gommes végétales hydrolysées, de préférence la gomme arabique hydrolysée, l'amidon, l'eau, la paraffine, les gommes naturelles, . granulation du mélange, pour obtenir des granulés de taille comprise entre 0,5 mm et 10 mm, et de préférence entre 1 mm et 8 mm, et plus préférentiellement encore entre 1 mm et 5 mm, et . cuisson des granulés à une température comprise entre 700 et 12000C, et de préférence entre 800 et 11000C, et plus préférentiellement encore voisine de 1000"C. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise de la poudre de verre présentant une granulométrie moyenne comprise entre 10 et 100 pm, et de préférence voisine de 50 pm. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on utilise de la poudre de nitrure d'aluminium présentant une granulométrie moyenne inférieure à celle de la poudre de verre, et de préférence une granulométrie moyenne inférieure à environ 50 pm. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une opération préliminaire de fabrication du liant, cette opération comprenant, en particulier, la mise en solution d'une gomme végétale, notamment une gomme arabique avec de l'eau, la mise en solution étant réalisée à une température comprise entre 20 et 1500C, et de préférence comprise entre 20 et 1000C, pour obtenir une gomme hydrolysée entrant dans la constitution du liant. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on met en oeuvre la poudre de nitrure d'aluminium (AlN) dans une proportion relative en poids comprise entre 0,3 et 8 %, de préférence comprise entre 0,8 et 6 %, et plus préférentiellement encore comprise entre 1 et 4 % par rapport à la quantité totale de poudre de verre. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on met en oeuvre une quantité totale de poudre de verre et de poudre de nitrure d'aluminium par rapport au liant correspondant à environ 100 kg de poudre de verre et de poudre de nitrure d'aluminium pour 5 à 30 litres de liant, et de préférence pour 10 à 25 litres de liant. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on mélange au préalable la poudre de verre et la poudre de nitrure d'aluminium 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on réalise la granulation à l'aide de presses à agglomérer ou d'extrudeuses, et de préférence avec une presse à granuler à filière. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on fait sécher les granulés avant de les soumettre à la cuisson, en utilisant notamment un système de séchage par résistance électrique, un système de séchage par infrarouge ou un système de séchage par récupération de chaleur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les granulés séchés sont, en outre, tamisés avant d'être soumis à la cuisson, afin de conserver essentiellement des granulés de taille supérieure à environ 0,5 mm, et de préférence supérieure à environ 1 mm. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on saupoudre les granulés à l'aide d'une poudre inerte choisie dans le groupe comprenant le kaolin, la silice, l'alumine et le carbonate de calcium ou un mélange de ceux-ci, avant de les soumettre à l'opération de cuisson. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on utilise la poudre de nitrure d'aluminium dans une proportion relative en poids comprise entre 0,5 et 5 % par rapport à la quantité totale de poudre de verre, et de préférence voisine de 2 %, et on réalise la cuisson à une température comprise entre 750 et 12000C, et de préférence entre 800 et 11000C, pendant une durée comprise entre 2 et 60 minutes, et de préférence comprise entre 5 et 30 minutes, afin d'obtenir un matériau à porosité essentiellement ouverte ou fermée. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par la fait que, lors de l'opération de mélange, on ajoute, en outre, de l'oxyde de fer (fie203), dans une proportion relative en poids comprise entre 0,5 et 6 %, et de préférence voisine de 1,5 %, par rapport à la quantité totale de poudre de verre. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que, à température et durée de cuisson fixées, on obtient des granulés à porosité fermée pour un rapport nitrure d'aluminium/oxyde de fer inférieur à 2 et des granulés à porosité ouverte pour un rapport nitrure d'aluminium/oxyde de fer supérieur à 2. 15. Utilisation des granulés obtenus conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comme constituant de pièces destinées à l'extraction de matières, notamment des filtres, des colonnes de garnissage, comme éléments de remplissage de pièces d'isolation.