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"PROCEDE DE FABRICATION DE GRANULES COLORES"
Cette invention a trait aux matières granulaires colorées propres à être utilisées pour finir les motifs d'architecture et pour la décoration, par exemple dans la fabrication des bardeaux ou plaques de toiture et à unpro- cédé pour fabriquer ces matières.
Dans les constructions munies de surfaces en ci- ment ou analogues ainsi que les objets fabriqués, tels que des bardeaux de toiture en ciment ou en asphalte et d'autres
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substances de couleur commune qu'on se propose d'utiliser plus ou moins en vue de la décoration, il est fréquemment désirable de combiner avec ces surfaces ou objets une ma- tière granulaire colorée et résistant aux intempéries, telle que l'ardoise broyée.
Les ardoises colorées qu'on trouve dans la nature et qui conviennent à cet usage sont limitées en ce qui con- cerne la distribution ainsi qu'en ce qui concerne la gamme de couléurs qu'elles présentent. D'autre part, les granu- les destinés aux usages indiqués exigent des teintes plus vives et des couleurs plus variées que celles que possèdent les ardoises ou autres minéraux communs dont on dispose.
On a déjà proposé de cuire des matières argileuses telles que l'argile sous forme de pièces moulées, par exem- ple de briques, de broyer alors la matière cuite et de sé- parer les granules de la grosseur désirée par criblage. Ce procédé a été mis en pratique dans une certaine mesure, mais présente l'inconvénient de produire une grande proportion de petits granules et poussières inutilisables et une grande quantité de gros morceaux qu'il est nécessaire de broyer et trier de nouveau, ce qui oblige à éliminer de nouveau les "fines" qui représentent une nouvelle perte. Il faut de la force motrice non seulement pour broyer ainsi la ma- tière brute dont les briques sont faites, mais aussi pour broyer la matière cuite en vue de sa transformation en granules.
Dans les grandes exploitations, il est diffi- cile de se débarrasser des fines et déchets, qui repré- sentent une grande perte de matière, de main-d'oeuvre, de force motrice et de combustible.
De plus, les procédés appliqués jusqu'à ce jour produisent une matière cuite irrégulièrement en ce sens qu'elle est trop cuite à l'extérieur et pas assez au centre, que sa couleur et sa texture varient de l'extérieur à l'in-
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térieur et que, lorsqu'on la broie, les granules résultants possèdent, de façon correspondante, des couleurs, duretés et autres propriétés (densité, résistance aux intempéries, ad- sorption, etc...) différentes.
Un autre inconvénient des procédés de ce genre est que le broyage de matières déjà cuites a non seulement comme' résultat de produire une grande proportion de fines représentant la moitié ou davantage de la matière traitée, mais laisse les granules de la grosseur requise à un état d'affaiblissement tel que leur manutention ultérieure dimi- nue de nouveau leur grosseur en augmentant la quantité de fines et poussières indésirables. Le produit est par con- séquent irréguljer.
La présente invention a pour objet une matière granulaire de propriétés et couleur uniformes et un procédé pour fabriquer cette matière, procédé grâce auquel des ma- tières brutes (qui existent en grande quantité) peuvent être utilisées efficacement et complètement et grâce auquel on peut régler la couleur et d'autres propriétés du produit.
D'autres buts ressortiront de la description qui suit.
Le procédé suivant l'invention consiste générale- ment à réduire une matière argileuse de compacité convena- ble (susceptible d'être durcie par la chaleur) en granules de la grosseur requise (par exemple passant à travers des tamis de 8 à 35 mailles ) par des opérations de broyage et de triage, à cuire ou griller les granules de grosseur choisie à une température prédéterminée et relativement constante, au contact d'une atmosphère réglée et pendant une période de temps définie, puis, si cela est désirable ou nécessaire, à refroidir le produit fini et à en éliminer les poussières par soufflage.
La matière brute utilisée peut être une argile massive convenablement raffermie (telle que celle connue
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sous l'appelation de "Dépôt Kittaning inférieur, -veine n 3 Pennsylvanie") ou un schiste argileux plus dense et plus compact (tel que le schiste à briques rouges de la Vallée Watsontown, Pennsylvanie) et peut soit contenir des oxydes colorés réfractaires, tels que l'oxyde de fer, soit être de couleur relativement claire ou même blanche. Des ma- tières possédant ces caractéristiques peuvent être broyées et se cassent sans s'émiétter sous forme de granules irré- guliers et à arêtes vives qui peuvent être criblés en vue d'en séparer les grains de la grosseur désirée sensiblement sans qu'il résulte une nouvelle réduction des dimensions.
Les morceaux plus petits et les poussières résultant du criblage peuvent (en raison de leur état cru) être mélangés a- vec de l'eau pour constituer des compositions plastiques et moulables propres à être utilisées dans la fabrication de réfractaires moulés ou d'autres produits céramiques et cons- tituent un sous-produit de valeur.
Les granules résultant du criblage sont caracté- risés par le fait que leurs dimensions sont comprises entre les limites d'une échelle relativement petite, et il en résulte que, lorsqu'on les soumet au grillage, ils sont chauffés rapidement et parfaitement à la température requise. Par conséquent, le grillage leur donne une sur- face et une structure uniformément durcies, et si ce trai- tement est convenablement réglé et réparti dans toutes les parties de la charge, les propriétés du produit, telles que la dureté, la texture, l'adsorption, la résistance aux intempéries, etc..., seront constantes et pourront être reproduites facilement.
De plus, on constate que dans le cas de matières brutes contenant des oxydes colorés ou des composés miné- raux qui sont sujets à se décomposer pour donner des agents colorants réfractaires, la couleur du produit fini peut être
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déterminée par le temps et la température de la cuisson, ainsi que par la nature (oxydante ou réductrice) des gaz du four ou de l'atmosphère. Ainsi, avec une atmosphère fortement oxydante, si l'on permet le libre accès de l'air au four ou (et) à la zone de refroidissement, une matière brute contenant de l'oxyde de fer se colorera en rou- ge brillant, tandis que dans une atmosphère réductrice telle qu'une atmosphère d'oxyde de carbone - obtenue en limitant l'admission d'oxygène aux gaz de combustion-, on pourra obtenir un produit rouge foncé ou noir.
En choisissant et maintenant une certaine température et une certaine durée, et en maintenant dans le four une atmosphère de composition relativement constante, on pourra obtenir diverses nuances intermédiaires désirées du produit granulaire final, et ces nuances pourront être reproduites identiquement. Des couleurs de ce genre peuvent être pro- duites d'une façon essentiellement constante dans toutes les parties de la section transversale de chaque granule individuel ainsi que dans toutes les parties de la charge considérée dans son ensemble, de sorte que les manutentions subséquentes et l'exposition ultérieure ne sont pas accom- pagnées de variations ou de perte de couleur et ne produi- sent pas non plus d'autre changement dans les caractéristi- ques du produit granulaire.
On décrira ci-après une façon particulière de réaliser l'invention avec un schiste argileux ou de l'ar- gile, comme mentionné précédemment, en se référant au des- sin annexé dans lequel
Fig. 1 est un schéma représentant la suite des opérations.
Fig. 2 est une vue de côté avec coupe verticale partielle d'un four rotatif incliné.
Dans la pratique, l'argile ou schiste dense et
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dur, sous forme de gros blocs irréguliers tels qu'ils arri- vent généralement de la carrière, est conduit à travers un ou plusieurs broyeurs tels qu'un concasseur à mâchoires suivi d'une série de broyeurs à cylindres ordinaires, par exemple, dont les cylindres successifs sont espacés de dis- tances successivement décroissantes. On règle le groupe final de cylindres pour obtenir la grosseur de granules désirée, c'est-à-dire qu'on place les cylindres de ce groupe à une distance égale ou un peu supérieure aux dimensions des morceaux les plus gros.
On peut faire passer à'travers tous les broyeurs la production entière de l'installation, la trier ensuite par tamisage, puis ramener les morceaux les plus gros aux broyeurs, mais on travaillera dtune façon plus efficace et l'on obtiendra une meilleure production en enlevant les morceaux de la gros- seur finale désirée et les poussières du produit broyé au moment où ils sortent de chaque groupe de cylindres, les morceaux trop gros seuls étant conduits au groupe de cy- lindres suivant pour y subir une nouvelle réduction.
La matière broyée ainsi triée en vue de l'obten- tion de granules de la grosseur ou échelle de grosseurs désirées est alors chargée dans la trémie 1 (fig. 2) et graduellement introduite à travers l'ouverture réglable 2 dans une auge 3, d'où elle est entraînée à l'aide d'une vis sans fin (actionnée par un moteur électrique 4 à l'aide dtune transmission convenable) dans l'extrémité supérieure de la chambre de four rotative inclinée 5. Cette chambre est munie d'une garniture réfractaire 6 et est montée de façon à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal sur des paliers 7.
Le four va en stinclinant vers le bas de l'extrémité d'entrée 8 à l'extrémité de sortie 9, de sorte que pendant qu'il reçoit un mouvement de rotation (des engrenages 11), les granules tombent en cascade les
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uns sur les autres en même temps qu'ils glissent et roulent vers le bas jusqu'à l'extrémité de sortie 9 où ils tombent dans le récipient collecteur 12 hors duquel ils peuvent être retirés à travers une trappe 13.
Le foùr pourrait être con- venablement construit et chauffé de l'extérieur, mais le fonctionnement est réalisé plus efficacement à l'aide d'une flamme directe (telle qu'une flamme de produit de pétrole, de gaz ou d'un autre combustible convenable) qui peut être introduite dans le four à travers une hotte réfractaire démontable 14, par exemple, conjointement avec des quantités réglées de combustible et d'air, comme indiqué respective- ment en 15 et 16. Les gaz de combustion chauds (et le cas échéant les flammes) peuvent s'élever en passant par-dessus et à travers le courant descendant de granules.
La chute en cascade et le roulement des granules assurent un contact intime et un chauffage uniforme desdits granules par les flammes ou gaz de combustion, de sorte que chacun d'eux est chauffé uniformément de tous côtés et tous sont soumis aux mêmes conditions atmosphériques et à la même tempéra- ture. Par conséquent, les effets dtoxydation ou de réduc- tion des gaz chauds sur l'agent colorant, et par suite la couleur finale des granules, seront essentiellement cons- tants. De plus, l'effet de contre-courant a comme résultat que les granules initialement introduits ; dans le four ne sont amenés au contact des gaz qu'après que la température des gaz a été diminuée dans une certaine mesure. La tempé- rature des granules s'élève par conséquent pendant leur passage le long du four.
On peut porter le four à la tem- pérature de travail avant ltintroduction des granules et maintenir alors cette température relativement constante (de même que la composition de l'atmosphère du four) par l'application d'une admission constante de combustible et d'air de combustion. La composition effective et la tempé-
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rature des gaz entrant en contact avec les granules peu-- vent en outre être réglées en réglant la position de la hotte 14 vers l'avant ou vers l'arrière. On peut faire passer une quantité d'air supplémentaire à travers la ma- tière pendant qu'elle se trouve dans la chambre de refroi- dissement 12 ou à travers une ouverture réglable distincte 17.
La température la plus favorable pour toute matière donnée sera déterminée par l'expérience et il en est de même de la durée du. traitement qu'on peut régler en modi- fiant l'angle d'inclinaison du four et la vitesse de ro- tation ainsi que la quantité de matière brute introduite dans la chambre du four par unité de temps. Toutefois, ordinairement, on pourra appliquer des températures plus basses et (ou) une durée de traitement plus courte que cel- les qui avaient été appliquées jusqutà ce jour dans la cuisson des pièces moulées et il suffira, dans le présent procédé, de durcir les granules sans provoquer leur fu- sion.
Dans le cas des granules faits de la matière brute précédemment décrite, par exemple, les gaz de combustion à une température de 950 à 11000 C, dans un four tournant à une vitesse convenable, cuisent les granules en trois à cinq heures environ d'une façon uniforme en tous les points de leur section transversale, et leur confèrent une dureté maximum. De plus, le corps entier de chaque granule est pénétré uniformément par les gaz chauds ainsi que par la chaleur, mais les surfaces ne sont pas exagérément chauffées, de sorte qu'elles ne sont ni fondues, ni rendues plus denses que l'intérieur.
Au moment où les granules atteignent l'extrémité de sortie du four 9, ils tombent dans le récipient 12 dont ils peuvent être retirés, ce qui s'obtient par exemple en les laissant tomber à travers la trappe 13 dans un bac de
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refroidissement 18. Ceci empêche la pénétration d'une quantité d'air appréciable et assure le refroidissement lent des granules. Toutefois, si l'on désire une couleur rouge brillant et si les granules renferment de ltoxyde de fer, le passage d'un courant d'air à travers les granules pendant qu'ils se refroidissent lentement contribue à assurer ce résultat. Ce courant d'air peut être introduit soit à travers la porte 13, soit par un tuyau 20 débou- chant dans la cuve de refroidissement 18.
Les gaz d'échappement traversent l'extrémité su- périeure du four et sont évacués par une cheminée 19.
Les granules ainsi obtenue possèdent des proprié- tés uniformes et il suffit de prévoir et maintenir des con- ditions constantes dans le four pour les reproduire sans difficulté et en toute quantité désirée en partant d'une matière brute donnée. Quoique durci par le traitement thermique, chaque granule possède une surface dont la tex- ture et la rugosité sont sensiblement les mêmes que celles de la matière brute, ce qui facilite son incorporation à une masse d'enveloppement fluide telle que l'asphalte ainsi que sa retenue subséquente par cette masse. On contribue encore à ce résultat en humidifiant la matière brute avant le grillage. Quoique ceci donne une couleur notablement plus claire et plus brillante, la différence ainsi réalisée dans la texture de la surface n'est pas évidente à l'oeil nu.
Néanmoins, elle se manifeste au microscope ainsi que par la facilité plus grande avec laquelle les grains - cuits à l'état humide - peuvent être ultérieurement noyés et retenus dans des masses d'enveloppement fluides telles que l'asphalte et par la ténacité avec laquelle ils sont retenus par cette masse.
Les granules grillés peuvent être refroidis dans
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une certaine mesure dans le récipient 12 (ou plus complète- ment dans le bac de refroidissement 18) et sont prêts pour l'usage lorsqu'on les en retire. S'il est nécessaire qu'ils soient entièrement exempts de poussières, on peut les sou- mettre à l'action d'un courant d'air, mais ils sont d'or- dinaire remarquablement exempts de matières étrangères et il est préférable de s'en servir sans autre traitement. Ils peuvent être appliqués sur du ciment ou d'autres matières convenables telles que l'asphalte et enfoncés dans les par- ties superficielles conformément à la pratique usuelle.
Si l'on désire des couleurs autres que les cou- leurs naturelles des matières brutes, ou que les couleurs communiquées par la cuisson, on peut appliquer sur la matière granulaire, avant le traitement thermique, des co-
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/conve- lorants/tels que des minéraux ou des composés qui sont ---.J nables susceptibles de se décomposer en oxydes colorés résistants tels que l'oxyde de fer (pour les couleurs allant du rouge @ brillant au rouge sombre), ltoxyde de manganèse (pour le brun), l'oxyde de cuivre (pour le vert), l'oxyde de cobalt (pour le bleu), ltoxyde de chrome (pour le vert), etc...
Ces composés peuvent aussi donner naissance à des produits colorés par réaction avec l'argile ou le schiste, par exem- ple des silicates.
Ce traitement peut avantageusement être réalisé en traitant les granules avant leur cuisson (par exemple par injection, raréfaction suivie d'une imbibition, immersion, imprégnation sous pression, etc...) par une solution aqueuse d'un ou plusieurs sels correspondants (susceptibles de se décomposer pour donner un colorant) et en séchant alors. Si les granules doivent être in - troduits dans l'appareil detraitement thermique à l'état humide, on peut encore les introduire dans le four à un @
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état légèrement humide. Lorsqu'on ajoute des colorants de ce genre aux granules, les températures et le temps nécessaires pour donner la couleur ou nuance requise peuvent varier d'une façon correspondante et peuvent par exemple, être beaucoupe plus faibles que ceux sus- mentionnés.
Dans certains cas, il peut aussi être dési- rable de convertir le sel d'imprégnation en un hydrate - ce qui s'obtient par exemple en traitant les granules saturés d'une solution de sulfate ferreux par une solu- tion de soude caustique ou d'ammoniaque pour donner nais- sance à l'hydrate qui est plus facile à décomposer par la chaleur que le sulfate-, les produits de réaction étant solubles et extraits par l'eau.