Brevet FR2907115A1 — publié le 20080418

La présente invention se rapporte à de nouvelles particules, notamment sous forme de billes, en céramique fondues, à un procédé de fabrication de ces billes, et à l'utilisation de ces particules en tant qu'agents de broyage, agents de dispersion en milieu humide ou pour le traitement de surfaces. L'industrie minérale met en oeuvre des billes pour le broyage fin de matières prébroyées à sec par des procédés traditionnels, notamment pour le carbonate de calcium, l'oxyde de titane, le gypse, le kaolin et le minerai de fer. Les industries des peintures, encres, colorants, laques magnétiques, composés agrochimiques utilisent de telles billes pour la dispersion et l'homogénéisation des divers constituants liquides et solides. L'industrie du traitement de surfaces a enfin recours à ces particules ou billes notamment pour des opérations de nettoyage de moules métalliques (pour la fabrication de bouteilles par exemple), l'ébavurage de pièces, le décalaminage, la préparation d'un support en vue d'un revêtement, le traitement de pré-contraintes ( shot peening ), le conformage de pièces ( peen forming ) ... Les particules sont classiquement sensiblement sphériques et d'une taille de 0,1 à 4 mm afin de servir l'ensemble des marchés décrits ci-dessus. Pour qu'elles puissent être utilisées dans ces trois types d'applications, elles doivent notamment présenter les propriétés suivantes : - une inertie chimique et colorante vis-à-vis des produits traités, - une résistance mécanique aux chocs, - une résistance à l'usure, - une faible abrasivité pour le matériel, notamment les organes agitateurs et les cuves, ou les organes de projection, et - une faible porosité ouverte pour un nettoyage aisé. On trouve sur le marché différents types de particules, particulièrement des billes, notamment dans le domaine du microbroyage : Le sable à grains arrondis, comme le sable d'OTTAWA par exemple, est un produit naturel et bon marché, mais inadapté aux broyeurs modernes, pressurisés et à fort débit. En effet, le sable est peu résistant, de faible densité, variable en qualité et abrasif pour le matériel. 2907115 2 Les billes de verre, largement utilisées, présentent une meilleure résistance, une plus faible abrasivité et une disponibilité dans une gamme plus large de diamètres. Les billes métalliques, notamment en acier, présentent une inertie insuffisante 5 vis-à-vis des produits traités, entraînant notamment une pollution des charges minérales et un grisaillement des peintures, et une densité trop élevée nécessitant des broyeurs spéciaux impliquant notamment une forte consommation d'énergie, un échauffement important et une sollicitation mécanique élevée du matériel. 10 On connaît également des billes en matière céramique. Ces billes ont une meilleure résistance que les billes de verre, une densité plus élevée et une excellente inertie chimique. On peut distinguer : les billes céramiques frittées, obtenues par un façonnage à froid d'une poudre céramique et puis consolidation par cuisson à haute température, et 15 les billes céramiques dites fondues , généralement obtenues par fusion de composants céramiques, formation de gouttes sphériques à partir de la matière fondue, puis solidification desdites gouttes. La grande majorité des billes fondues ont une composition du type zircone-silice (ZrO2 û SiO2) où la zircone est cristallisée sous forme monoclinique et/ou 20 partiellement stabilisée (par des ajouts adaptés), et la silice ainsi qu'une partie des additifs éventuels forment une phase vitreuse liant les cristaux de zircone. Les billes céramiques fondues offrent des propriétés optimales pour le broyage, à savoir une bonne résistance mécanique, une densité élevée, une inertie chimique et une abrasivité faibles vis-à-vis du matériel de broyage. 25 Des billes céramiques fondues à base de zircone et leur utilisation pour le broyage et la dispersion sont par exemple décrites dans FR 2 320 276 et EP 0 662 461. Ces documents décrivent l'influence de SiO2, AI203, MgO, CaO, Y203, CeO2, et Na2O sur les principales propriétés, notamment sur les propriétés de résistance à l'écrasement et de résistance à l'abrasion. 30 Bien que les billes en céramique fondues de l'art antérieur soient de bonne qualité, l'industrie a toujours besoin de produits de qualité encore meilleure. En effet, les conditions de broyage sont toujours plus exigeantes et il est nécessaire, afin de diminuer les coûts d'exploitation, d'augmenter les rendements des appareils 2907115 3 utilisés. En particulier, il est souhaitable de diminuer les durées d'indisponibilité de ces appareils. L'invention vise à satisfaire ces besoins en fournissant des particules en céramique fondues qui, outre les qualités requises citées ci-dessus, présentent une 5 résistance à la casse améliorée. Plus précisément l'invention concerne une nouvelle particule céramique fondue, de préférence sous forme d'une bille, présentant la composition chimique suivante, en pourcentages en masse sur la base des oxydes et pour un total de 100%: 55% REVENDICATIONS 1. Particule céramique fondue présentant la composition chimique suivante, en pourcentages en masse sur la base des oxydes et pour un total de 100 % : 55% 2. Particule selon la revendication 1, dans laquelle la teneur en ZrO2, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est supérieure ou égale à 60 et/ou inférieure ou égale à 62 %. 3. Particule selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle la teneur en SiO2 , en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est supérieure ou égale à 27 % et/ou inférieure ou égale à 29 %. 4. Particule selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la teneur en MgO, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est supérieure ou égale à 8 % et/ou inférieure ou égale à 9 %. 5. Particule selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le rapport en masse MgO / AI203 est supérieur ou égal à 4,2 et/ou inférieur ou égal à 5. 6. Particule selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la teneur en autres oxydes , en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est inférieure ou égale à 0,5 %. 7. Particule selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la teneur en oxydes représente plus de 99,5% de la masse totale de ladite particule. 2907115 12 8. Particule selon l'une quelconque des revendications précédentes présentant la composition chimique suivante, en pourcentages en masse sur la base des oxydes et pour un total de 100 % : 60 % 9. Particule selon l'une quelconque des revendications précédentes présentant une sphéricité supérieure ou égale à 0,6. 10.Utilisation d'une pluralité de particules selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 en tant qu'agents de broyage, agents de dispersion en milieu humide, ou pour le traitement de surfaces.