Brevet FR2800733A1 — publié le 20010511

Procédé de fabrication de granules d'argile expansée et les granules obtenus par la mise en ceuvre de ce procédé. La présente invention consiste en un nouveau procédé de fabrication de granules d'argile expansée et concerne également les granules obtenus par la mise en ceuvre de ce procédé. L'argile expansée est utilisée depuis de nombreuses années sous forme de granulats légers, dans les activités du bâtiment et des travaux publics (BTP), notamment pour l'allégement des bétons. Ce matériau offre nombreux avantages : il est naturel, solide, isolant, régulier, incombustible, facile à mettre en ceuvre, stable, chimiquement inerte, imputrescible et économique. En raison de ces nombreuses qualités, il est également largement employé dans d'autres domaines tels que l'isolation thermique, la décoration, la jardinerie, la culture hydroponique, l'incinération, le paysagisme, le compostage, la filtration, l'antipollution, l'aquariophilie, etc. On situe la découverte de l'argile expansée vers 1885, mais c'est seulement en 1917 qu'est apparue la première installation industrielle de fabrication de ce matériau utilisant un four rotatif comme four d'expansion, réalisée par SJ HAYDE, L'expansion est effectuée à une température d'environ 1100'C par un dégagement gazeux brutal au sein d'une masse argileuse plastique qui provoque la création de micro-bulles de gaz. Les billes ou granules d'argile expansée obtenues ont une enveloppe vitrifiée et sont à la fois, très dures et très légères ; leur masse volumique d'environ 300 à 630 kg /M3. Leur technique de fabrication n'a pas sensiblement changé depuis l'apparition des premiers fours de cuisson et d'expansion, cette fabrication se fait encore actuellement par chauffage à haute température dans des fours rotatifs. L'énergie calorifique est créée par la combustion d'un combustible tel que gaz fuel. Plusieurs étapes sont nécessaires pour l'obtention des billes ou granules expansés: 1') préparation de l'argile dans des conditions techniques précises et parfaitement contrôlées (broyage, laminage, humidification) afin de confectionner des granules (granulation) 20) séchage et stockage de ces granules 3') cuisson de ceux-ci dans un premier four rotatif 4") passage des granules d'argile cuits dans un deuxième four rotatif porté à 11 00"C et régulé avec soin ; au sein de la masse argileuse rendue plastique par la haute température, un dégagement gazeux provoque l'alvéolage et donc l'expansion des granules argileux; 5*) refroidissement de ces derniers par passage dans un tunnel de refroidissement. Ces granules dont la forme est devenue sensiblement sphérique sont enfin criblés et distribués dans des cases de stockage bétonnées, afin d'éviter souillures et les mélanges de différentes qualités. Toutefois, cette technique de fabrication des granules d'argile expansée présente plusieurs inconvénients : - les infrastructures utilisées sont très lourdes si l'on considère qu'elles comprennent deux ou trois fours en ligne ou en cascade entre l'entrée granulats d'argile secs et la sortie des granules expansés vers un poste criblage et de stockage ; ces infrastructures entraînent, d'autre part, des frais d'exploitation et de maintenance importants, notamment en raison du fait qu'elles comportent des parties mécaniques soumises à de hautes températures ; - le rendement de ces installations est faible ; l'argile étant un matériau réfractaire, une grande partie de l'énergie de chauffage est perdue ; en outre le procédé et les installations de chauffage actuels échauffent le matériau de l'extérieur vers l'intérieur. Cette mauvaise distribution de l'énergie calorifique entraîne une surconsommation d'énergie et la création de contraintes thermiques dans le matériau qui peuvent provoquer l'éclatement des granules ou billes d'argile et, par conséquent, une baisse de productivité. Ces fours engendrent également des désagréments pour l'environnement (pollution sonore, olfactive et visuelle) dûs à leur mauvaise insonorisation et à leurs émanations (fumées). Ils peuvent également présenter un danger pour leur environnement proche ( personnels et visiteurs) en cas de mauvaise isolation acoustique ou d'isolation thermique défaillante. Ils nécessitent, en outre, des stockages de combustibles. - temps de mise en chauffe des fours importants - régulation difficile. Il doit être souligné également que selon l'exposition des granules par rapport aux brûleurs des fours rotatifs de chauffage, leur expansion plus ou moins complète, de sorte que le rendement de cette technique de fabrication est aléatoire et les qualités de granules d'argile expansée obtenues très variables. La présente invention a notamment pour but de remedier aux inconvénients susmentionnés des procédés et installations actuels fabrication des granules d'argile expansée. Selon l'invention, cet objectif est atteint grâce à un procédé suivant lequel l'expansion des granules d'argile est obtenue en soumettant lesdits granules d'argile à un chauffage par rayonnement micro-ondes. Ce procédé d'expansion utilise le principe de l'échauffement produits diélectriques au moyen d'un rayonnement micro-ondes. Ce principe repose sur l'interaction matière-rayonnement due à un champ électromagnétique très haute fréquence (micro-ondes). La matière (l'argile dans le cas présent), dans sa forme condensée, est composée d'atomes et de molécules appelés %lusters". Ces clusters, lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique, sont mis en mouvement relatif dont l'intensité dépend de leur permittivité. Ce mouvement crée des frictions entre clusters qui sont à l'origine d'un chauffage interne du produit. Appliqué à des billes au granules d'argile, le rayonnement micro-ondes provoque un échauffement rapide et homogène de ceux-ci, l'onde électromagnétique chauffant directement l'intérieur desdits granules, cet échauffement provoque, en premier lieu, une vaporisation de l'eau, puis génère un dégagement gazeux qui provoque l'alvéolage et l'expansion l'argile. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide d'installations très simples comprenant principalement un générateur d'énergie électromagnétique à très haute fréquence (magnétron), un applicateur et un guide d'ondes. En outre, ces installations peuvent être facilement adaptees pour pouvoir réaliser successivement ou simultanément, au moyen d'un rayonnement micro- ondes : le séchage des granules ou billes d'argile et le chauffage et l'expansion de celles-ci. Le procédé selon l'invention procure plusieurs avantages intéressants - les infrastructures nécessaires à sa mise en oeuvre peuvent etre très légères l'encombrement du matériel utilisable pour cette mise en oeuvre est très inférieur à celui des installations actuelles de chauffage par fours rotatifs utilisant des combustibles liquides ou gazeux. En outre, la source de chaleur étant due à une excitation ciblée de l'argile, les conditions d'exploitation et de maintenance des matériels sont très bonnes. - le rendement de ce procédé est très supérieur à celui des procédés de chauffage au moyen de combustibles liquides, gazeux ou solides ; une grande partie de la puissance est absorbée par le matériau (granules d'argile), de sorte que les pertes calorifiques sont très réduites ; - l'argile est chauffée dans la masse, ce qui minimise les contraintes thermiques dans le matériau et les risques d'éclatement des granules d'argile expansée, sorte que le pourcentage de produit défectueux très réduit ou quasiment nul ; - la montée température d'un tel four micro-ondes est très rapide et l'expansion est directe, d'où une absence d'inertie (mise à disposition quasi immédiate de l'énergie) ; - les étapes de séchage, cuisson et expansion peuvent être regroupées en une seule phase, ce qui permet d'obtenir un gain de temps et d'espace. Le procédé objet de l'invention procure encore avantages supplémentaires'suivants liés à l'utilisation d'un rayonnement micro-ondes - aucune pollution sonore ni visuelle (ni bruit, ni fumée) - une sécurité améliorée (pas de parois brûlantes) ; - une possibilité de contrôle précis des paramètres de chauffe et d'expansion et une facilité réglage du four ; - un rendement très important (55 à 60 - une meilleure productivité due à l'amélioration de la diffusion de la chauffe - un bilan d'énergie correct ; - un caractère économique. Ce procédé apporte une grande souplesse d'emploi et la possibilité régler efficacement les procédés techniques par des moyens électriques, à l'aide d'automatismes rapides et précis ou d'une régulation. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus et d'autres encore ressortiront mieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique de la production de granules d'argile expansée incluant un premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma synoptique de la production de granules d'argile expansée incluant un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé l'invention ; - - la figure 3 est une vue schématique d'une installation de fabrication granules d'argile expansée selon l'invention. On se reporte auxdits dessins pour décrire des exemples de mises oeuvre avantageuses, quoique nullement limitatives du procédé de fabrication granules d'argile expansés selon l'invention. La fabrication de granules d'argile expansée nécessite, comme matériau de base, de l'argile pure provenant de carrière d'argile ou de l'argile de recyclage par valorisation de boue de lavage de carrière, ou d'autres industries. De façon connue en soi, la granulation de l'argile est possible par broyage, laminage extrusion, puis les granules d'argile sont soumis l'étape caractéristique susmentionnée du procédé de l'invention afin d'obtenir de façon préférentielle des granules d'argile expansée, de granulométrie par exemple comprise entre 0 et 25 mm pour une masse volumique apparente de à 630 kg /M3. Le cas échéant, l'argile est amenée à l'état plastique en y incorporant une petite quantité d'eau, avant laminage ou extrusion et, de manière avantageuse, on incorpore également à l'argile une faible quantité d'un hydrocarbure tel que fuel, avant granulation et, surtout, avant mise en oeuvre de l'étape de chauffage destinée à provoquer l'expansion de la matière, ces incorporations s'opérant par tout procédé et matériel connus en soi. Avant exposition au rayonnement micro-ondes les granules ou billes d'argile présentent ainsi un pourcentage d'humidité, peut être compris, par exemple, entre 10 % et 50 Selon un premier exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention (figure 1), l'argile, après granulation et séchage par des procédés classiques, est introduite dans un four à micro-ondes dans lequel granules d'argile sont soumis à un rayonnement micro-ondes, provoquant l'échauffement et l'expansion de l'argile. A la sortie du four à micro-ondes, les granules ou billes d'argiles expansée sont refroidies par passage dans tunnel refroidisseur ou à l'air libre. De manière connue, elles peuvent ensuite faire l'objet d'une opération de criblage avant stockage ou expédition. Suivant un deuxième exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention (figure 2), l'argile, après granulation, est introduite dans un four à micro-ondes dans lequel les granules d'argile sont exposés à un rayonnement micro-ondes, provoquant, à la fois, le séchage, le chauffage et l'expansion de l'argile. A titre de simple exemple, le rayonnement micro-ondes utilisé peut être un rayonnement dont la fréquence est de l'ordre de 2450 MHz et la longueur d'onde de l'ordre 0,1 nm, permettant de générer des températures de l'ordre de 18500C. L'installation micro-ondes utilisée pour la mise en ceuvre du procédé de l'invention comprend (figure 3), de manière connue en soi, un ou plusieurs générateurs ou sources micro-ondes (magnétron) C transformant l'énergie électrique réseau en énergie micro-ondes, un applicateur E permettant l'échauffement "au défilé" ou en continu des granules d'argile sous micro-ondes, et un ou plusieurs guides d'ondes D véhiculant l'énergie micro-ondes, du ou générateurs à l'applicateur E. L'applicateur E est constitué par un tunnel micro-ondes muni de étanches fuites micro-ondes à ses extrémités opposées, permettant respectivement. l'entrée des granules d'argile (référence A) et la sortie des granules d'argile expansée (référence B). REVENDICATIONS Procédé de fabrication de granules d'argile expansée, caractérisé en ce que l'expansion des granules d'argile est obtenue par chauffage de ces derniers au moyen d'un rayonnement micro-ondes. Procédé de fabrication de granules d'argile expansée selon revendication 1, caractérisé en ce que les granules d'argile sont séchés par un procédé classique avant d'être exposés au rayonnement micro-ondes assurant leur expansion. Procédé de fabrication de granules d'argile expansée selon revendication 1, caractérisé en ce que les granules d'argile sont successivement simultanément séchés et chauffés par exposition à un rayonnement micro-ondes assurant à la fois leur séchage et leur expansion. 4.- Procédé de fabrication de granules d'argile expansée selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'expansion des granules d'argile est opérée en continu dans un applicateur (E) constitué par un tunnel micro-ondes. 5.- Procédé de fabrication de granules d'argile expansée selon la revendication 3, caractérisé en ce que le séchage et l'expansion des granules d'argile sont opérés en continu, dans un applicateur (E) constitué par un tunnel micro-ondes. 6.- Procédé de fabrication de granules d'argile expansée, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en que l'on incorpore une faible quantité d'hydrocarbure à l'argile avant granulation de celle-ci. 7.- Granules d'argile expansée, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 6.