Brevet FR3066489A1 — publié le 20181123

Procédé de fabrication d'un produit verrier d'aluminosilicate de lithium pour produit vitrocéramique La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un produit verrier d'aluminosilicate de lithium adapté pour la fabrication de produit vitrocéramique. Ledit procédé permet une meilleure fusibilité et un meilleur affinage du mélange de matières premières. Une vitrocéramique est un matériau composite comprenant une phase amorphe dans laquelle sont dispersés des phases cristallines ou cristaux. Elle est généralement obtenue par le traitement thermique d'un verre, dit « verre mère », afin de faire cristalliser, de manière contrôlée, des cristaux dans son volume. Ce traitement par lequel un verre cristallise partiellement est dit « traitement de céramisation » ou simplement « céramisation ». Les propriétés physico-chimiques finales de la vitrocéramique dépendent de la composition du verre mère et du traitement de céramisation. Les vitrocéramiques fondées sur le système A1203-Si02- Li20 contiennent une (des) solution(s) solide(s) de 13-quartz et/ou de 13-spodumène comme phase(s) cristalline(s) principale(s). Ces vitrocéramiques sont appréciées dans de nombreux domaines pour leurs propriétés physico-chimiques, notamment leur coefficient de dilatation thermique, et leurs qualités esthétiques. Elles sont notamment utilisées dans les dispositifs de cuisson comme plaques de cuisson, vitres de four, ou encore comme inserts de cheminées. La fabrication des produits vitrocéramiques fondés sur 30 le système A1203-Si02-Li20 comprend généralement quatre étapes successives : a. la fusion d'un mélange vitrifiable de matières premières, b. l'affinage de la matière fondue, 35 c. le refroidissement de la matière fondue et la mise en forme du verre mère formé, et 3066489 -2 d. la céramisation du verre mère par un traitement thermique approprié. La qualité du produit vitrocéramique dépend de la qualité du verre mère obtenu après les étapes de fusion et 5 d'affinage. Ce verre mère doit notamment être exempt de tout défaut susceptible de dégrader les propriétés physico-chimiques et esthétiques du produit vitrocéramique après l'étape de céramisation. En conséquence, ces deux étapes de fusion et d'affinage doivent être réalisées avec soin. Le 10 mélange de matières premières doit être aussi formulé et les agents d'affinage être sélectionnés de manière à minimiser le nombre de défauts générés. En outre, ils doivent permettre de répondre aux critères définis par les directives européennes visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre et la 15 consommation d'énergie relatives aux procédés de fabrication des produits manufacturés (Décision N°406/2009/CE du Parlement européen et du Conseil) ainsi qu'à réduire la toxicité de leurs constituants (Règlement N°1272/2008/CE du Parlement Européen et du Conseil). 20 L'étape de fusion est une étape de chauffe à haute température d'un mélange de matières premières. Ce mélange comprend plusieurs composés associés selon des proportions établies telles que la composition, exprimée en fractions massiques d'oxydes, corresponde à celle du verre dont 25 l'élaboration est recherchée. Ces composés sont le plus souvent des oxydes, des carbonates, des sulfates et des nitrates. Lorsqu'il est chauffé à une température pouvant atteindre 1700°C, un tel mélange est le siège d'un certain nombre de réactions dont le produit final est un liquide ayant la composition du verre : déshydratation des matières premières, formation de silicates par réactions solide-solide, liquéfaction des carbonates qui réagissent ensuite avec lesdits silicates, décomposition des composés avec libération de gaz (CO2, NOM, 02, S03) sous la forme de bulles, 3066489 -3 formation d'un liquide et dissolution des composés restant dans ledit liquide. Les verres mères aluminosilicates de lithium, peuvent contenir 55 à 75% en masse de Si02, 12 à 25% en masse de 5 A1203, et 2 5% en masse de Li20. Les matières premières naturelles par lesquelles ces trois oxydes sont habituellement apportés sont respectivement le quartz (sable), l'alumine et le carbonate de lithium (Li2CO3). L'alumine et le quartz, en raison de leur température de 10 fusion élevée (1670°C ((3-tridymite) ou 1713°C ((3-cristobalite) pour le quartz, 2054°C pour l'alumine), requièrent des températures de chauffe du mélange de matières premières relativement élevées, et donc d'importantes quantités de combustible. En outre, leurs caractères 15 réfractaires en font des sources récurrentes de défauts dans le verre final, souvent sous la forme de particules non dissoutes. Le carbonate de lithium, outre son coût élevé en raison de la rareté des gisements naturels, est une source importante de dioxyde de carbone. 20 L'étape d'affinage consiste à favoriser l'ascension des bulles vers la surface du liquide et à évacuer les gaz qu'il contient. Grâce au mouvement des bulles, elle permet également le brassage du liquide afin d'en homogénéiser la composition et de favoriser la dissolution des composés 25 résiduels non fondus. Pour cela, un composé, dit « agent affinant » ou « agent d'affinage », est introduit dans le mélange de matières premières. Il a pour propriété de libérer ou de faire libérer un gaz qui, en entrant dans les bulles de manière à les faire grossir, en favorise l'ascension vers la 30 surface du liquide. Les agents affinant traditionnellement utilisés pour les verres mères d'aluminosilicates de lithium, sont les oxydes d'arsenic et les oxydes d'antimoine. Cependant, en raison de leur toxicité, plusieurs méthodes ont été ou sont développées pour les remplacer. 3066489 - 4- La plupart de ces méthodes sont fondées sur l'utilisation de l'oxyde d'étain. Or, cet oxyde présente deux inconvénients. Il ne libère de l'oxygène en quantité suffisante qu'à des températures élevées (>1600°C) et sa 5 solubilité dans les verres fondés sur le système A1203-Si02- Li20 est faible ( REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un produit verrier d'aluminosilicate de lithium comprenant les étapes suivantes : a. la fusion d'un mélange vitrifiable de matières premières exempt, à l'exception de traces inévitables, d'oxydes d'arsenic et d'oxydes d'antimoine, b. l'affinage de la matière fondue, c. le refroidissement de la dite matière fondue de manière à former un verre, d. la mise en forme dudit verre, ledit procédé étant caractérisé en ce que ledit mélange vitrifiable de matières premières comprend de la pétalite ayant une fraction massique en fer total, exprimée en Fe203, inférieure ou égale à 200ppm. 2. Procédé selon la revendication 1, tel que la température d'affinage de l'étape b est au plus 1700°C, en particulier au plus 1600°C, de préférence au plus 1550°C. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, tel que la fraction massique de ladite pétalite dans ledit mélange vitrifiable de matières premières est au moins 50%, notamment au moins 70%, en particulier au moins 80%, de préférence au moins 90%. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, tel que ladite pétalite comprend du minéral pétalite en une fraction massique supérieure ou égale à 90%. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, tel que ladite pétalite a une fraction massique en fer total, exprimée en Fe2O3, inférieure ou 3066489 17 égale à 100ppm, de préférence inférieure ou égale à 5Oppm. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, tel que ladite pétalite a une fraction massique en fluor supérieure ou égale à 0,10%. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, tel que le mélange de matières premières comprend des nitrates d'alcalins ou d'alcalino-terreux en une fraction massique d'au plus 4%. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, tel que ledit mélange vitrifiable de matières premières comprend un ou plusieurs agents affinant choisis parmi Sn02, Ce02, Mn02, les fluorures et les chlorures. 9. Procédé selon la revendication 8, tel que ledit agent affinant est Sn02, la fraction massique dudit SnO2 dans le verre final est moins de 0,5%, en particulier compris entre 0,4% et 0,1%. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, tel que la fraction massique de fer total, exprimée en Fe2O3, du mélange vitrifiable de matières premières est comprise entre 4ppm et 200ppm. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, tel que le verre obtenu comprend les constituants suivants dans les limites définies ci-après exprimées en fractions massiques : S102 52-75% A1203 12-27% Li2O 2-5,5% Na2O 0-3%, K2O 0-3%, CaO 0-5%, MgO 0-5%, SrO 0-5%, 3066489 18 BaO 0-5%, ZnO 0-5%, TiO2 1-6%, ZrO2 0-3%, P2O5 0-8%. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, tel qu'il comprend en outre une étape de céramisation e). 13. Produit vitrocéramique susceptible d'être obtenu par un procédé selon la revendication 12, tel qu'il est coloré à l'aide d'un oxyde ou plusieurs oxydes choisis parmi C00, Cr203, Mn02, NiO, V205, et Ce02. 14. Objet choisi parmi un dispositif de cuisson, un insert de cheminée et un vitrage de protection contre l'incendie, tel qu'il comprend un produit vitrocéramique susceptible d'être obtenu par un procédé selon la revendication 12.