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Procédé de fabrication de produits contenant un liant, durcis à la vapeur, à partir de résidus de l'industrie de la soude .
L'invention concerne un procédé de fabrication de produits contenant un liant, durcis à la vapeur, à partir de tous les résidus récupérés de l'industrie de la soude, avec addi- tion de matières riches en silice, d'eau et d'agents gonflants ou moussants.
On connaît déjà un procédé de fabrication de pro- duits contenant un liant, durcis à la vapeur, partir de chaux et d'une addition de résidus de la soude, par exemple des boues de distillation, de scories ou de cendres, et de sable; selon ce procédé, après avoir préparé le mélange, on moule à la presse des ébauches qui sont soumises à un traitement préalable de 10 à 12 heures à la chaleur sèche et qui sont ensuite durcies
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sous pression de vapeur pour formerllas pierres al i '.délies.
On connaît également un pà:>édé de fabrj{ %ion de pier- res artificielles poreuses, durcies {(la vapeur, à .)t.rtir de mé- langes finement broyés de chaux de h'9 xte .qua.itéa ; veinée et non éteinte, à forte teneur en ca0,e'; de matières 0 , de pierres riches en silice, avec de l'eau et un métal pulvéi,) Jt qui, en mélange, provoque un dégagement de gel:, l'extincti, de la chaux et, simultanément, le durcissement de,la masse a1n1 rparée étant retardés par addition d'une matière si11catée ratable, finement broyée, par exemple du ciment Portland, ou se matière silicatée soluble dans l'eau, par exemple du verre a Ihble, en combinaison avec une matière sulfatée, de façon à ma1':nir la consistance du mélange la plus favorable à la formati\ e pores.
"A la masse obtenue, on ajoute la matière silicate .fin' \ mt broyée \"!. en une quantité ali.nnt de 3 à 20% en poids des constituas secs et la solution aqueuse de silicate du mélange en une qualité al- lant de 3 à 5 litres de verre soluble d'un poids spéc1,fiq\ de 1,34. à 1,38 g/cm3. La matière sulfatée, s'il s'agit de sulface de calcium, est ajoutée à raison d'au moins 10% de la quantité do matière silicatée hydratable finement broyée, une partie de cette matière étant ajoutée sous forme de sulfate alcalin.
On a également déjà décrit un procédé de fabrication de produits contenant un liant, avec traitement à la vapeur sous pression, selon lequel on mélange des sous-produits contenant du carbonate de calcium, par exemple des sous-produits de l'in- dustrie de la soude, avec des activeurs sous la forme de matiè- res hydratables et/ou hydratées riches en silice, do même qu'avec de l'eau et des agents gonflants,la proportion d'incuits et de surcuits (chaux lenticulaire) étant d'au moins 70% du mélange total, pour au moins 8, et de préférence, 11 à 17% de chaux libre.
La fabrication de ces produits contenant un agent liant se fait dans des moules verticaux, c'est-à-dire dressés de champ, dans
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lesquels le niveau du mélange total pâteux versé est d'au moins
32 cm. Le durcissement hydrothermique se fait en autoclaves verti- caux.
. Le procédé connu décrit'en premier lieu, selon lequel on emploie une addition de résidus de la soude sous forme de boues do distillation, de scories ou de cendres, avec addition de sable, a pour inconvénient que tous les résidus provenant de l'industrie de la soude ne peuvent pas être transformés en liants.
De plus, il faut aussi ajouter de la chaux calcinée de haute qua- lité.
Avant le durcissement à la vapeur sous pression, il faut comprimer la matière en la soumettant à une pression éle- vée et il faut soumettre les ébauches à un traitement préalable de 10 à 12 heures à la chaleur sèche. Ce procédé est relativement compliqué et, par suite, non économique. De plus, on doit disposer de presses lourdes, ce qui n'est pas toujours possible. Non seule- ment le traitement préalable à la chaleur sèche est long mais enco- re il exige une consommation d'énergie considérable et une dépense supplémentaire sur le plan technique.
La fabrication de produits de grande dimension contenant un liant, par exemple de la hauteur d'un étage de bâtiment et plus, suivant ces procédés, connus, est très onéreuse à cause de la forte compression nécessaire du maté- 'riau, qui implique l'emploi de presses lourdes et d'un grosoutillage.
Le second procédé connu décrit ci-dessus pour la fabrication de pierres artificielles poreuses durcies à la vapeur à partir de mélanges finement broyés de chaux calcinée non éteinte, de haute qualité, avec une forte teneur en CaO, par addition de matière ou de pierre riches en silice, d'eau et d'un métal pulvé- rulent, ne permet absolument pas la transformation de résidus de l'industrie de la soude. La nécessité d'ajouter de la chaux calcinée le haute qualité constitue également un inconvénient.
La prop'ion relativement élevée de quartz en poudre qu'il faut prévoir , . ourdit le mélange et, pour obtenir la faible densité
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apparente voulue, on doit faire intervenir une plus grande quantité d'agents gonflants.La proportion accrue de quartz en poudre reste , cependant désavantageuse sous un autre rapport.
Lorsqu'il s'agit de fabriquer des produits contenant un liant qui ont une grande hauteur, par exemple la hauteur d'un étage ou plus, le silicate lourd a toujours tendance à sédimenter dans le mélange pâteux total. Si ceci se produit malgré la plus forte addi- tion d'agents gonflants, la résistance du produit fini varie aux diffé- rents niveaux de sa section transversale. Une trop forte addition d'agents gonflants a d'ailleurs d'autres conséquences désavanta- geuses, bien connues du spécialiste. De plus, les additions de verre soluble fortement concentré, de sulfate de calcium et de sulfate alcalin qu'impose ce procédé sont onéreuses.
Les spé- cialistes connaissent suffisamment les effets préjudiciables du gypse, en cette quantité, sur le produit fini, en ce qui concerne le risque de retrait ou d'allongement.
Le grand nombre des composants néoessaires à trans- former rend également ce procédé relativement compliqué et non économique.
Le procédé décrit plus haut pour la fabrication de produits contenant un l i a n t durcis à la vapeur permet en fait une transformation d'incuits et de surcuits et de matières solides du même genre provenant des résidus de l'industrie de la soude, qui représentent le constituant principal. Le quartz en poudre et les agents gonflants n'interviennent qu'en quantités relativement faibles et l'on peut fabriquer dans des moules verticaux,dressés de champ dans des autoclaves verticaux,des produits contenant un liant qui ont la hauteur d'un étage et plus, avec une densité appa- rente de 0,75 à 0,9.
Mais dans l'industrie de la soude, les sous-produits ne se présentent pas seulement sous la forme de ces matières solides mais également, en des quantités beaucoup plus élevées, . sous forme de boues de distillation. Ces boues de distillation
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sont lavées dans des bassins spécialement agencés à cet effet. Dans ces bassins, le dépôt de abonne qualité perd de plus en plus de son utilité agricole. Le procédé connu décrit en premier lieu permet en fait également une transformation des boues de distillation. Dans la pratique, il ne peut toutefois pas être appliqué à grande échelle étant donné les inconvénients cités.
Les constituants solides pou- vant être extraits des. boue s de distillation conviennent cependant particulièrement bien pour la fabrication de produits contenant un liant durcis à la vapeur, en raison de leur poids sen- siblement plus léger que celui des incuits et des surcuits et en raison de leur moindre compacité.
L'invention a pour objet un procédé de fabrication de produits contenant un liant durcis à la vapeur qui permet de transformer tous les résidus provenant de l'industrie de la soude qui ne pouvaient l'être complètement jusqu'ici, tels que les incuits et les surouits e. t 1 e s boues s d e distillation, en mélange aveo des matières riches en silice, sans addition de chaux vive, de gypse et de sulfate alcalin. On épargne simultané- ment le temps nécessité dans les procédés connus par l'épaissis- sement et le séchage préalable mais on maintient le procédé aven-. tageux de durcissement forcé.
La proportion de chlorure de calcium (CaCl2) contenue en quantité relativement grande dans les boues de distillation doit, à cause de ses effets préjudiciables connus sur les produits finis (efflorescences), être réduite à une quantité minime, tout à fait inoffensive. De plus, on ne doit plus procéder à l'enlèvement de "moisissures" apparaissant au-dessus du moule.
A cet effet, suivant l'invention, on ajoute les solides extraits des boues de distillation de l'industrie de la soude et les matières riches en silice, telles que le quartz en poudre, à des mélanges contenant en prédominance du carbonate,de calcium, de la chaux active et des composés du calcium sous la forme de silicates bicalcique et tricalcique , ainsi que dessous- produits de l'industrie de la soude contenant de l'argile, par exemple des incuits et des surcuits.
Les solides ajoutés contien-
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nent également en prédominance du carbonate à ii ium et de la chaux active de même que du - chlorure'de caïcivm sous.Corame le . ; chlorure de calcium en quantité relativement,' provoque,comme ' on le sait,des efflorescences dans le produit f.; n procède.. sui- vant l'invention,à un lavage qui n'en laisse sÉb4;, qunmiàsàerétà/ parfaitement inoffensif. Si le produit doit être à dei* tes sollicitations et doit répondre à de rigoureuses . xvend au poir vue résistance compression tractioh.,, j de vue de la résistance la compression et la tractiéK ', µion, on peut encore, si besoin est, ajouter au mélange de faible \\an- tités de matières silioatées hydratables \ ' v ) ' exemple du ciment .
Portlandy des scories basiques de hautsU fourneaux et l'équivalent, pour éviter les variations de la µ/% .lité du produit fini qui résulteraient de la teneur variée j, 1) . chaux libre adhérant aux inouits et aux surouits. ' Tour@fois, contrairement à ce qui se passe dans les procédés connus, on n'ajoute pas, suivant l'invention, de chaux vive. On remplaoe celle-ci par les résidus provenant de l'industrie de la soude et contenant des composés de chaux active et de calcium, par exemple des incuits et des surcuits et l'équi- valent. La proportion de chaux active (CaO) adhérant aux incuits et aux surcuits est d'environ 5 à 6%. Leur constituant principal est le carbonate de calcium. Ils contiennent en outre des compo- sés de calcium supérieurs, tels que les silicates bicalcique et tricalcique et,en outre,de l'argile.
La proportion de ces composés, supérieurs du calcium dépend de la teneur en kaolin de la pierre à chaux dont on a extrait la chaux vive,et de la température du procédé de calcination.
Etant donné leur faible teneur en chaux active, les incuits et les surcuits, sous la forme dans laquelle ils se présentent comme sous-produits dans l'industrie, ne conviennent pas pour la fabrication de produits c o n t e n a n t u n liant.
D'après un procédé déjà décrit pour la fabrication de produite contenant un liant durcis à la vapeur sous pression, on peut tou-
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tefois déjà ramener ces composés supérieurs inactifs du calcium , par un traitement d'hydratation, à des composés simples du cal- cium, la teneur en chaux active étant ainsi élevée à un pourcen- . tage suffisant pour la fabrication des produits contenant un liant et la résistance à la compression etàlatraction-flexion désirée étant obtenue. Cette hydratation se fait, comme on le sait, par broyage des incuits et des surcuits mélangés à environ 45% d'eau (H20) et elle est fonction du temps.
Selon la quantité de chaux régéné- rée, il se produit un gonflement de 40 à 70%. L'opéra%ion ne se termine que dans l'autoclave. Lors de l'exécution du procédé -conforme à l'invention, on peut utiliser les inouits et les sur- cuits ainsi préparés au lieu de la chaux vive autrement employée.
Dans les boues de distillation, les solides présen- tent déjà une finesse convenable pour leur transformation. Séchées, , ces matières donnent une masse d'un volume léger, très peu compacte, qui influence efficacement la densité apparente des produits finis contenant un liant, stabilise le mélange total, exclut la sédi- mentation et réduit le risque de fissuration.
La finesse de broyage du quartz en poudre utilisé dans le procédé de l'invention correspond approximativement à celle des incuits et des surouits. Etant donné la régénération de la chaux active desincuits et des surcuits par le traitement d'hydratation, le gonflement qui en résulte, l'effet de stabili- sation des solides extraits des boues de distillation et celui de la faible addition de matières siliceuses lourdes, qui.ne vient pas en dernier lieu, on peut, selon le procédé de l'invention et tout en transformant tous les résidus provenant de l'indus- trie de la soude, fabriquer des produits contenant un liant durcie à la vapeur sous pression qui ont la hauteur d'un étage de bâtiment et plus, dans des moules verticaux dressés de champ.
Le durcis- sement dans ces moule,s n'a pas lieu dans des autoclaves horizon- , taux mais avantageusement dans des autoclaves verticaux, les moulas vides, placés debout dans l'autoclave, étant remplis d'en haut. De
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cette manière, les moules verticaux dressés de champ ne doivent plus être transportés après avoir été remplis de mélange et ne sont donc plus secoués, si bien que les silicates lourds du mélan- ge pâteux ne peuvent plus sédimenter. On obtient ainsi une tex- ture uniforme sur toute la hauteur de la section sollicitée du produit fini et, par conséquent, une amélioration de sa qualité d e p l@u s,l'économie de transport représente également un avantage au point de vue économique.
Les essais qui ont été effectués ont montré que l'on pouvait travailler selon le procédé de l'invention même à des températures de loin inférieures au point de congélation (-11 C) et qu'il n'en découlait aucun effet négatif après le durcissement à la vapeur sous pression.
L'invention est expliquée de façon plus détaillée ci- dessous, à l'aide d'un exemple d'exécution.
Les boues de distillation récupérées, qui ont environ 90% d'humidité, sont soumises à un lavage au moyen d'un filtre, d'un laveur à contre-courant ou d'un décanteur. La teneur de la boue en chlorure de calcium, qui est par exemple de 8%, est réduite par lavage à un minimum inoffensif. Les solides de fines- se suffisante qui doivent être utilisés sont emmagasinés dans un réservoir destiné à contenir la provision d'un jour et pourvu d'un agitateur. Les incuits'et les surcuits ou les autres consti- tuants non extinguibles obtenus lors de l'extinction de la chaux calcinée pour l'industrie de la soude sont séparés à l'aide d'un crible à tambour du lait de chaux obtenu, sont broyés et sont également emmagasinés dans un réservoir destiné à contenir la provision d'un jour et pourvu d'un agitateur.
On procède de même avec le quartz en poudre, qui est également emmagasiné dans un réservoir contenant la provision d'un jour, placé au-dessus de l'admission d'un tube broyeur à chambres multiples. De ces réservoirs, ces trois matières sont amenées, dosées, au tube broyeur à chambres multiples, par l'intermédiaire d'un alimenteur à palettes rotatives, avec addition de ciment, dans les proportions
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de mélange suivantes:
30 % boues de distillation
30 % incuits et surcuits
35 % quartz en poudre et
5 % ciment.
L'eau, mesurée par un débitmètre, est ajoutée à la phase de broyage jusqu'à ce qu'on obtienne une humidité totale de la matière de base de 45% maximum.
Dans le tube broyeur à chambres multiples, on pro- cède au broyage par voie humide jusqu'à ce qu'on obtienne un refus de 5 à 10% sur un tamis à 4900 mailles par cm2.
Le mélange intense de ces matières s'opère dans le broyeur à bou- lots. La pulpe ainsi obtenue arrive en chute libre, par une gou-
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lotte, dans un mal a x e u r, d " 0 Ù elle est envoyée, par une pompe centrifuge pour matières épaisses, dans un réservoir de dosage pourvu d'un agitateur etdisposé latéralement au-dessus d'un mélangeur.
Etant donné le mélange intense des matières de base qui a eu lieu dan le tube broyeur à chambres multiples, l'opéra- tion de mélange qui suit n'est que de courte durée. Ici n'ont plus . lieu que l'addition de l'agent gonflant, à savoir . 0,045% de pâte d'aluminium, qui est mélangé à de l'eau dans un petit réser- voir mélangeur et est ajouté par lots au cours du mélange, ainsi que le réglage de la teneur en humidité (45% H2O).
Le mélangeur se vide par une goulotte, le mélange tombant en chute libre dans des moules verticaux, dressés de champ et groupés. L'ensemble des moules, vides, est au préalable intro- duit dans un autoclave ou une chaudière verticaux.Au lieu du mélan- geur précité, on peut également utiliser un mélangeur à agitateur mobile, pour le déversement direct du mélange dans les moules, de sorte que ceux-ci ne doivent plus être déplacés après leur remplis- sage.
Le durcissement à la vapeur sous pression se fait ensuite de
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façon connue, suivant les directives ci-après:
2 1/2 heures de 0 à 8,5atmosphères
10 3/4 heures à 8,5 atmosphères
3/4 heure de 8,5 à 0 atmosphère
En vue de procéder à des essais sur éléments ; réduits, on fabriqua une série d'éprouvette:: prismatiques et cubi.. ques en béton léger poreux conforme à l'invention, qui accusèrent 'les résistances suivantes :
Résistances maxima à la compression:
Prisme de 4 x 4 x 16 cm : 99 kiloponds/ cm2
Cube de 10 'x 10 x 10 cm: 70 kiloponds/cm2
Cube de 20 x 20 x 20 cm:
60 kiloponds/cm2
Résistances maxima à la traction - flexions
Prisme de 4 x 4 x 16 cm: 28 kiloponds/cm2
Dans la fabrication industrielle, ces pâleurs peuvent parfaitement être dépassées.
Les éprouvettes étaientbienéquarries, bien pleines, lisses et ne présentaient aucune fissuration ni trace de désagré- gation. la densité apparente était de 0,7 à 0,8. L'analyse chimi- que indiqua que la teneur en CaO libre des éprouvettes était de 1,7%. Après séjour de 4 mois dans l'eau, les éprouvettes ne por- taient aucune efflorescence.
Une addition de cendres.est parfaitement possible mais elle ne favorise pas la transformation maximum de tous les résidus provenant de la fabrication de la soude car il y aurait d'autant moins des résidus contenant de la chaux et des composés de la chaux abondamment obtenus qui pourraient être transformés et ces résidus non transformés devraient donc être acheminés vers des terrils ou évacués dans des bassins.
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