CA1085135A

CA1085135A - Procede et installation pour la regeneration d'une charge granuleuse liee par des resines

Info

Publication number: CA1085135A
Application number: CA228,682A
Authority: CA
Inventors: Gerard Richard
Original assignee: D'applications De Procedes Industriels Et Chimiques Sapic Ste
Current assignee: D'applications De Procedes Industriels Et Chimiques Sapic Ste
Priority date: 1974-06-07
Filing date: 1975-06-06
Publication date: 1980-09-09
Also published as: CH595906A5; ES438304A1; AU8190175A; FR2278423B1; FR2278423A1; AU472743B2; JPS5335003B2; BR7503576A; SE7506477L; YU140375A; DE2524816A1; GB1505666A; NL7506730A; ATA422775A; DE2524816C2; IT1036251B; SE409998B; AT343826B; BE829668A; JPS518118A

Abstract

L'invention concerne un procédé pour la régénération d'une charge granuleuse liée par des résines. Elle se caractérise par le fait que l'on soumet la charge granuleuse à un traitement comprenant une phase d'attaque par voie oxydante et/ou une phase de neutralisation, de préférence à l'aide d'un sel oxydant ou de peroxyde alcalin. Applicable à la régénération des sables de fonderie, agglomérés par au moins un liant organique.

Description

385~3~i :
La présente invention concerne un procédé et une ins-tallation pour la regéneration d'une charge granuleuse liée par des résines, et en particulier pour la rég~n~ration de tous les sables qui sont habi~uellement utilisés en noyautage ou en moula-ge et sont agglomérés par au moins un li.ant organique.
On sait que, notamment dans le domaine de la fonderie, pour ].a confection de moules et de noyaux en sable, on réalise des mélanges de matiere a mouler comprenant la matiere premiere inerte constituée par du sable, tel que du sable.siliceux, du ~ ~.
sable de chromite, du sabl.e de zircon ou du sable d'olivine, dont les grains sont agglomérés par un liant organique ou miné- ~:
ral, le plus souvent une résine dont la prise est assurée par un additif de durcissement. ~:
Malheureusement ce liant, en particulier s'il est orga- .
nique, se transforme en carbone sous l'influence ae la chaleur lors de la coulée des pieces obtenues dans les moules ou autour des noyaux en sable. L.ors de la reutilisation du sable, la cou- .
che carbonée du liant joue un rôle néfaste pour une nouvelle ag-glomeration car elle e~pêche l'accrochage normal de la nouvelle quantite de liant additionnee a l'ancienne charge en vue d'une seconde utilisation. L'accrochage des gra.ins ne se réalisant pas parfaitemen-t, les caractéristiques mecaniques conférées ~ un moule ou à un noyau termine, confectionn~ avec un sable ayant d~j~ et~ u~ilis~r sont tr~ nettement inf~.rieures ~ celles du même matériel confectionné avec un sable neuf.
Afin d'éliminer tout ou partie de cette pellicule de mat.i~re r~sineuse, accumulée autour des grains de la charge, différents procédes de r~géneration sont apparus récemment:
- la régeneration par calcination qui, quoique fort efficace, n'est en pratique jamais re-tenue, sauf dans les cas tout à fait speciaux, car elle est tres coûteuse, ~ la regéneration par broyage et nettoyage mecanique et .

pneumatique qui est largemen-t utilisee du fait de son faible :

' ' ' . . .. ~..... , ' ; .. ,~ , ~85~3~i prix de revient.
La demande de brevet au Canada n 127.137 du 8 novembre 1971 décrit un tel S~L35 procédé de régénération par nettoyage. Ce procédé, même s'il est le plus efficace actuelleme~t connu mis à part le procédé par calcination, a l'inconvénient de n'être que d'une efficacité
partielle car s'il enlève effectivement la majorité des fines et des matières organiques accumulées autour des grains de sable, il laisse malheureusement toujours substituer une mince pellicule de liant sur chaque grain de sable. Or, ainsi qu'il a été exposé précédemment, cette pelliculç, même lorsqu'elle :
est très faible puisque résiduelle d'un traitement mécanique :
lQ et pneumatique, em~êche l'accrochage des grains entre eux : :
lorsque l'on désire les réutiliser.
Par ailleurs, on a constaté ~ue la baisse des caracté-ristiques mécaniques des moules et des noyaux, confectionnés à
l'aide d'un sable ancien, était due également à une acidité ::
résiduelle des sables liés à la résine durcie en milieu acide.
Le pH résiduel, variant entre 2 et 3,5, est nettement trop bas et il provoque une prépolymérisation spontanée qui, bien que partielle, n'en est pas moins préjudiciable aux caractéristiques mécaniques puisqu'elle abaisse considérablement le temps de vie du sable ancien, réutilisé et lié.
Dans la pratique, les deux causes précitées, acidité ..
résiduelle des sables et apparition d'une pellicule carbonée dans la résine, sont presque toujours conjuguées à clesde~rées divers et elles son~ responsables des limitations dans La réutili~ation des sables régénérés.
La présente invention a pour but de pallier les incon-vénients précités et, à cet eEfet, elle a pour objet un procédé
pour la régénération d'une charge granuleuse liée par des résines, .
ledit procédé permettant à la ois: a) d'éliminer la totalité
de la pellicule de matière résineuse accumulée autour des grains de la charge, et b) de ramener l'acidité de la charge régénérée à
une valeur suffisante pour qu'une polymérisation spontanée ne se .. .. .
:. , , ;. , ,. . :

35~35 déclanche pas. Le double -traitement précité s'effectuant par voie ~
chimique a l'aide de composés courants, il est éviden-t que son ;
prix de revient est intéressant et qu'il peut e-tre mis en oeuvre ~ans tous les cas, même en vue de travaux communs.
La présen-te inven-tion a pour objet un procédé pour la régénération par voie chimique d'un sable utilisable en moulage ou en noyautage et qui est li~ par des résines, caractérisé par le ~ait que l'on soumet le sable ~ un traitement chimique d'oxydation qui peut être associé, si besoin est, à un traitement chimique de neutralisation.
Dans un mode préferé de mise en oeuvre, on soumet les grains de sable à une phase d'attaque par voie oxydante, et à une phase de neutralisation, les deux phases étant soit succes-slves, soit simultanées ou combinées; lorsque les deux phases précitées sont simultanées ou combinées, on soumet les grains de sable à l'action chimique d'un même corps; on traite le sable soit par un acide oxydant, soit par une base et/ou un sel alca-lin, soit de préférence à l'aide d'un sel oxydant ou d'un péro-xyde, de préférence alcalin; le composé oxydant de traitement du sable est choisi parmi les composés ayant une ac-tion à roid ou a basse et moyenne température.
La présente invention a également pour objet une ins-talla-tion de récJ~nerationpour la mise en oeuvre du procéd~
précité, ladite installation comprenant un malaxeur con-tinu ou discontinu permet~ant le traitement de sable par voie chtmique soit par apport d'un composé oxydant, soit par apport d'un neu-tralisant, ledit appareil comportant de préférence un système de r~ulation c1e temp~rature, avec ou sans apport de calorie, de maniere à uniEormiser la quallté du traitemen-t.
On indiquera ci-après, a titre d'exemples, purement illustratifs et non limitatifs, diverses mises en oeuvre du procédé de régénération selon l'invention.

,. ~ i :

On a tout d'abord recherché à éliminer l'acidité rési-duelle des sables agglomérés par une résine à durcisseur acide.
A cet effet, on traite le sable de récupération en le neutrali-sant partiellement de manière à former un "tampon" à l'aide d'une base ou d'un sel alcalin. Bien entendu, du fait que le sable régénéré sera ultérieurement aggloméré par une résine à durcis-seur acide, il est indispensable que le pH après neutraIisation ne soit pas trop important de sorte qu'il n'y ait aucun empêche-ment lors du durcissement acide des résines organiques telles que notamment les résines furanes, urée-formol, phénolique, modifiées ou non modiiées par l'alcGol furfurylique, ou encore les résines alkydes ou phénoliques modifiées par un isocyanate. Pour une simple neutralisation partielle, sans chercher encore à attaquer chimiquement la pellicule recouvrant chaque grain de sable, la majorité des bases et sels alcalindonnentdes résultats satis-faisants et l'on citera en particulier les phosphates di~odique et `
trisodique, l'aluminate de soude, le Borax, la soude, la potasse.
En ce qui concerne le traitement d'attaque chimique par voie oxydante de la pellicule de liant organique recouvrant chaque grain de sable, différentes solutions sont acceptables selon qu'un tel traitement soit distinct ou combiné au traite-ment de neutralisation partielle.
Dans la pratique, tous les acides et les sels oxydants conviennent et sont aptes à détruire 12 Eilm de liant organique enrobant les gLain~ de sable. Il est éviden~ cependant que, parmi tous 1QS composés oxydants, on retiendra plu6 particulière-ment ceux ayant une action à froid ou à basse et moyenne tempe-rature, et ce afin d'utiliser les calories du sable chaud décoché, sans avoir jamais recours à un apport particulier de calories, cela dans un but évidemment économique.
.
Les peroxydes acides, les acides oxydants tel l'acide chromique ou l'acide nitrique donnent entière satisfaction en ce _ 4 _ . ; . '' ,' ', ' ' ' .

1Ci!3~L3~

qui concerne l'attaque de la pellicule organique du sable. Ces composés présentent cependant l'inconvénient d'augmenter l'acidité
du sable au lieu de la réduire, ce qui par suite oblige à un double traitement: d'abord une attague oxydante par l'acide ou le peroxyde et ensuite une neutralisation partielle, méthode .qui bien entendu est plus longue et plus coûteuse et qui se verra substituer, chaque fois que cela sera possible, une méthode n'exigeant qu'un traitement unique par action chimi~ue d'un seul composé.
D'une manière générale, l'attaque de la couche de matière organique combinée à la neutralisation partielle du sable est aisément obtenue par action d'un sel oxydant de nature alcaline ou encore par action d'un peroxyde alcalin, organique ou minéral~ A cet efet, il est possible de citer à titre non limitati: le perchlorate de potassium, le bichro-mate de potassium, le chromate de plomb, l'oxyde de plomb, le bioxyde de manganèse, l'eau de javel, le perchlorate d'ammonium, le nitrate de potassium, le bichromate d'ammonium, le perman-ganate de potassium, le nitro-benzène, le vanadate de sodium, le métavanadate de sodium, le molybdate de sodium, le tungstate de sodium, le titanate de dipropyle ditriéthanolamine, le tanate de n-propyle, le chlorate de soude, le chlorite de soude, le chlorate de potassium, le péroxyde de benzoyle, le péroxyde de méthyl éthyl-cétone, le perborate de soude, 1~ percarbonate de soude, L'e~u oxygénée, le persul~ate de soude~
D'une manière générale, le choix du sel oxydant ou du péroxyde alcalin dépend de la température moyenne du sable aprè~ décochage des pièces, et sa quantité dépendra du rapport entre le poids de sable et le poids de la pièce coulée. En effet, plus une pièce sera moulée avec une grande ~uantite de sable, plus la quantité de matière organique imbrûlée sera importante, et par conséquent plus il faudra de sel oxydant ou .. . . .. . . .

~8~i~35 --de peroxyde alcalin pour l'attaquer. En pratique, l'addition du sel oxydant alcalin ou du peroxyde alcalin est comprise, comme l'addition d'acide oxydant, de la base ou du sel alcalin, entre 0,01 et 3~ de matière active par rapport au poids du sable à traiter.
Les diverses mises en oeuvre du procédé selon l'inven-tion, consistant en un traitement d'attaque par voie oxydante et/ou de neutralisation, ont donné lieu à plusieurs essais dont les conditions et les résultats sont indiqués ci-dessous:
10, Exemple I (phase de neutralisation seule) Un sable régénéré présentant une acidité résiduelle importante (pH 2,5) est traité avec solution de phosphate disodique.
Alors ~ue le temps d'utilisation du sable non tamponné
est inEérieu~ à deux minutes, ce qul est trop Eaible pour les gros moulages, le même temps d'utilisation, c'est-à-dire le temps de vie du sable régénéré avant polymérisation, est porté
à six minutes après neutralisation par le phosphate disodique.
Ce traitement de neutralisation, sans traitement d'oxy- `
dation, est fait à frcid ou à chaud, sans différence ni temps de latence.
Exemple II (phase d'attaque par voie oxydante seule~
On traite un sable régénérél à froid, avec 2% d'une solution d~ Cr 03 à 50~. Après un repos de quel~ues heures, on agglomère ce sable avec une résine furane à 1 ~.
Là résistance à la 1exion ~ui était de 11 Kg/cm2 pour le sable non traité par Cr 03 passe à 17 l~g/cm2 pour le sable traité.
Exem~le III ~traitement combiné_de neutralisation et d'attaque par voie oxydante~
On traite un sable régénéré ayant une température moyenne de 450 avec une solution de métavanadate de sodium à

'' ' . ' ~. .. ' . ' : , . .
.... : ~ .

~a~8~ 35 1 ~ de matière active. Après ce traitementl on laisse refroidir le sable et on l'agglomère avec une résine furane a 1 % .
La résistance à la flexion était de l7 Kg/cm2 pour le sable sans traitement ; cette résistance à la flexion est de 29 Kg/cm2 pour le sable traité par le métavanadate de sodium.
- Exem~le IV (traitement combiné de neutralisation et d'attaque par voie oxyaante) On traite un sable régénéré ayant une température moyenne de 250 avec une solution de peroxyde de méthyl éthyl-cétone à 10 % d'oxygène actif, puis avec une solution de Borax.Après ce traitement, on agglomère le sable refroidi avec une résine phénol-Eormol modl~iée à l'alcool furfurylique à 1 %.
La résistance à la 1exion était de 14 Kg/cm pour le sable sans traitement; cette résistance est de 24 Kg/cm2 pour le sable ainsi traité au peroxyde de méthyl éthyl-cétone.
Exemple V (traitement combiné de neutralisation et d'atta~ue par voie oxydante) On traite un sable régénéré ayant une température moyenne de 120 avec solution de chlorate de soude à 40 % de matière sèche. AprèS ce traitement, le sable refroidi est aggloméré avec une résine urée-formol modifiée à l'alcool furfurylique au taux dé 1 %.
La résistance à la Elexion était de 22 Kg/cm pour le sable non ~raité; cette résistance est de 36 Kg/cm2 pour le sable ainsi traité au ch~orate de soude.
Exem~le VI
Le sable de l'exemple V est traité à température ambiante. Ce sable donne, dans les mêmes conditions d'aggloméra-tion, les mêmes caractéristiques mécaniques, mais, dans ce cas, un temps de contact entre le sable régénéré et le chlorate de soude est nécessaire et il faut attendre environ trois heures avant de réagglomérer le sable. Ce délai correspond d'ailleurs .: . . . . . . . ............... . . . . .
. .

5~35 à la plupart de ceux connus dans la pratique.
Exemple VII (traltement combiné de neutralisation et d'attaque E~ar voie oxydante~
Le sable régénéré de l'example V qui a subi une attaque par oxydation ainsi qu'une neutralisation partielle par l'alcalin-ité du chlorate de soude ayant formé un "tampon" insitu voit ~i-son temps de vie, c'est-à-dire son temps d'utilisation, passer, grâce au traitement par le chlorate de soude, à quatre minutes alors qu'il était à l'origine de quatre vingt dix secon~es seulement sans traitement.
Exemple VIII (traitement combiné de neutralisation et d'attaque par voie oxydante) On traite un sable aggloméré par un système résine phénolique/isocyanate avec une solùtion de peroxyde de méthyl éthyl-cétone à 10 % d'oxygène actif.
Après un temps de contact de ~uelques heures, ce sable est de nouveau aggloméré avec 1 ~ du liAnt phénolique/
isocyanate, -La résistance à la flexion qui est de 25 Kg/cm2 pour le sable non traité passe à 38 Kg/cm2 pour le sable traité avec le peroxyde.
Exemple IX (traitement combiné de neutralisation et d'attaque par voie ox~dant~?) On traite un sable régénéré à 100 ayant subi un pr~mier traitement d~ nettoyage mécanique et pn~umatique avec une solution d'eau oxygénée à 50 ~ d'H202, puis on le neutralise avec une solution de phosphate disodique. Après ce traitement, le sable ref~oidi est aggloméré avec une résine Furane/Formol au taux de 1 %.
La résistance à la Elexion était de 22 Kg!cm2 pour le sable non traité; cette résistance est de 42 Kg/cm2 pour le sable ainsi traité à l'eau oxygénée ét neutralisé au phosphate , 3~i disodique.
Bien entendu, le procédé de régénération de l'invention s'applique à tous les sables liés aux résines synthétiques, c'est à dire qu'il concerne indifféremment les charges brutes de traitement , simplement tamisées, ainsi que les charges ayant subi un traitement mécanique et pneumatique en vue de leur nettoyage destiné à réduire la couche de matière organique enrobant les grains de charge.
Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilise tout matériel séparé ou intégré dans une installation de régénération de sable comportant en un point quelconque de son circuit un appareil. par exemple un malaxeur continu ou discontinu, permettant le traitement du sable par voie chimique, soit par apport d'un composé oxydant, soit par apport d'un composé
neutralisant. L'appareil, un malaxeur notamment, peut aisément recevoir le cas échéant un système de régulation de température, avec ou sans apport de calorie, de manière à uniformiser la qualité du traitement. De même, le malaxage peut être remplacé

par tout système de pulvérisation ou d'atomisation de l'oxydant ou du composé neutralisant en un point de l'installation judi-cieusement choisi.
L'invention, naturellement, n'est pas limitée aux modes d'applicakion non plus qu'aux modes de réalisation qui ont été mentionnés; on pourrai~ concevoir diverses variantes sans sortir pour autant du cadre de la présente invention, dès lors que le traitement par voie chimique comprend soit au moins une phase de neutralisation soit au moins une phase d'attaque par voie oxydante, soit les deux combinées, soit les deux successives, un traitement combiné pouvant d'ailleurs être précédé ou suivi d'au moins une autre phase de neutralisa-tion ou d'attaque par voie oxydante.

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Claims

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué
sont définies comme il suit:

1. Procédé pour la régénération d'un sable utilisable en moulage ou en noyautage et qui est lié par des résines, la-dite régénération étant destinée à éliminer la pellicule de matière résineuse accumulée autour des grains de sable pour reconstituer un sable dont les caractéristiques et notamment les caractéristiques mécaniques, sont identiques à celles d'un sable neuf, caractérisé par le fait que l'on soumet le sable à
un traitement chimique d'oxydation.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on soumet en outre le sable à un traitement chimique de neutralisation.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le traitement chimique d'oxydation est effectué
simultanément ou de façon combinée avec le traitement chimique de neutralisation, par action chimique d'un même corps.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on traite le sable par un peroxyde acide ou acide oxydant.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le traitement chimique d'oxydation est suivie d'un traitement chimique de neutralisation.

6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé
par le fait que l'acide oxydant utilisé est l'acide chromique.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on traite le sable par au moins un composé alca-lin choisi parmi les hases et les sels alcalins.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le compose alcalin est choisi dans le groupe constitué par le phosphate disodique, le phosphate trisodique, l'aluminate de soude, la soude, la potasse et le Borax.

9. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on traite le sable à l'aide d'un sel oxydant de nature alcaline ou d'un peroxyde alcalin.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'on traite le sable avec un composé
choisi dans le groupe constitue par le perchlorate de potassium, le bichromate de potassium, le chromate de plomb, l'oxyde de plomb, le bioxyde de manganèse, l'eau de javel, le perchlorate d'ammonium, le nitrate de potassium, le bichromate d'ammonium, le permanganate de potassium, le nitro-benzène, le vanadate de sodium, le métavanadate de sodium le molybdate de sodium, le tungstate de sodium le titanate de dipropyle ditriéthanolamine, le tanate de n-propyle, le chlorate de soude, le chlorite de soude, le chlorate de potassium le peroxyde de benzoyle, le peroxyde de méthyl éthyl-cétone, le perborate de soude, le per-carbonate de soude, l'eau oxygénée et le persulfate de soude.

11. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 4, caractérisé par le fait que l'on traite le sable avec un composé oxydant ayant une action à froid ou à basse et moyenne température.

12. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 4, caractérisé par le fait que le composé pour le traitement chimique d'oxydation du sable est introduit entre 0,01 et 3% en quantité considérée par rapport au poids de sable traite.

13. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 4, caractérisé par le fait que l'on traite par voie chimique le sable alors que ce dernier est brut de traitement.

14. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 4, caractérisé par le fait que l'on traite par voie chimique le sable après que ce dernier ait subi un nettoyage destine à
éliminer une partie de la pellicule de matière résineuse accumulée autour des grains de sable.