CH269454A - Mortier réfractaire. - Google Patents

Description

  Mortier réfractaire.    La présente invention est relative à un  mortier réfractaire destiné à     certaines    appli  cations spéciales telles que, par exemple, le  colmatage des joints entre les blocs ou les bri  ques formant les parois, etc., de récipients  contenant des bains de matières fondues utili  sés dans la production du magnésium par  voie électrolytique. La température d'un tel  bain de matières en fusion est comprise entre  700 et 800" C, et les joints doivent être étan  ches et parfaitement efficaces.  



  Un mortier convenant parfaitement à ce  but devrait présenter     l'ensemble    des proprié  tés suivantes:  1  Facilité de travail à la truelle pour la  confection des joints.  



  2      Augmentation    rapide de la résistance  à froid pour permettre de supporter le poids  de la brique et des assises successives de bri  ques sans déformation des joints de mortier  des     assises    inférieures et sans qu'il se produise  de déplacement latéral de la brique pendant  le durcissement ou la. prise.  



  3  Faculté de maturation à des tempéra  tures ne dépassant pas celles requises pour  le fonctionnement normal de la. cellules. Par   maturation , il faut entendre l'ensemble des  phénomènes physiques et chimiques se pro  duisant sous l'influence de la température,  lors de la mise en service du mortier et abou  tissant après maintien pendant quelques heures  à ladite température, à la formation d'une    masse stable et présentant une bonne cohé  sion.  



       4"    Faible porosité après le traitement de  maturation pour éviter les fuites d'électro  lyte.  



  5  Faible retrait pendant le traitement de  maturation pour que la. brique ne tende pas  à se déplacer et à produire des fentes dans le  mortier.  



  6  Faculté d'assurer une liaison et     une     adhérence définitives avec les briques après  le traitement de maturation.  



  7  Cohésion élevée pour que les dilata  tions et les contractions ne provoquent pas  de ruptures dans le mortier lui-même.  



  8  Possibilité de supporter l'action conti  nue de la température élevée du bain fondu  sans qu'il se,produise à la longue de déplace  ment ou distorsion.  



       9     Résistance à l'attaque chimique par  l'électrolyte fondu.  



  S'il n'est pas difficile à. l'homme de métier  de réaliser un mortier qui ne présente qu'une  seule des propriétés ci-dessus, certaines d'entre  elles paraissent incompatibles et, dans les mor  tiers connus, on sacrifie en général une ou  plusieurs de ces propriétés au profil d'une  autre propriété considérée comme plus impor  tante. Ainsi, la facilité de travail du mortier  est souvent obtenue par l'emploi d'argile plas  tique qui, par ailleurs, donne lieu à un retrait  important à la. cuisson; d'autre part, une fai  ble porosité est souvent l'apanage des mortiers      à température de cuisson élevée ou à fort re  trait.

   De même, on réalise souvent un faible  retrait et une     résistance    élevée aux attaques       chimiques    en faisant appel à des mortiers à  base de silice finement broyée, mais les     mor-          tiers-à    base de     silice    ne sont pas     vitrifiables     aux températures de fonctionnement des cel  lules électrolytiques et présentent, par suite,       ime    forte porosité qui     entraine    des fuites du  contenu de la cellule à travers les joints de  mortier.

   Quoiqu'il en soit, on ne     connait    à       l'heure    actuelle     aucun    mortier disponible dans  le commerce qui ne soit pas défaillant en ce  qui concerne plusieurs des     points    mentionnés  ci-dessus, malgré le besoin     .urgent    qui s'en fait  sentir en pratique.  



  Après de longues recherches, on a réussi à  mettre au point une composition de mortier       pohivant    être     considérée    en pratique comme       donnant    satisfaction sur l'ensemble des points  énumérés dans ce qui précède.  



  Le mortier réfractaire, qui fait l'objet de  la présente invention et dont la     maturation     s'effectue à une température inférieure à  800" C, est caractérisé en ce qu'il contient des  grains de matière très réfractaire ayant par       elle-même-une    porosité négligeable et     une    ré  sistance élevée à l'attaque chimique, une par  tie au moins de ces grains comprenant, comme  parties intégrantes, un verre très     alumineux     lié à des cristaux réfractaires, des particules  fines d'une matière apte à jouer le rôle de  liant pour     lesdits    grains de matière très ré  fractaire après maturation du mortier et un  fluorure alcalin,

   ce dernier ayant pour effet  de favoriser la     formation    par ladite matura  tion     d'une    masse de faible porosité.  



  Le rapport de la quantité de matière apte  à jouer le rôle de     liant,    à la quantité de ma  tière très réfractaire, est avantageusement       compris    entre 0,42 et 0,80.  



  Lesdits cristaux réfractaires des grains com  prenant     comme    partie intégrante un     verre     très     alumineux    peuvent être constitués par  de la     mullite    et du corindon.  



  La matière apte à jouer le rôle de liant  peut être     constituée    par -un verre, en parti  culier par un     verre    au     borosilicate.       Il est avantageux en pratique que la ma  tière apte à jouer le rôle de liant soit à même  de remplir ce     rôle,    après maturation du mor  tier à     une    température comprise entre 700 et       800010.     



  Le     mortier    réfractaire selon l'invention  peut     contenir"    en outre, du silicate de soude.  On peut également introduire dans sa com  position un     fluosilicate.     



  Dans ce qui suit, nous     allons    préciser     les     indications     q111    précèdent en examinant suc  cessivement les différentes matières suscepti  bles d'entrer dans la composition du mortier  suivant l'invention. Ledit mortier comprend  à. l'état     brnit:     1  Des     grains    d'une matière très réfrac  taire ayant une porosité négligeable et pré  sentant, même lorsqu'elle est portée à une tem  pérature élevée, une bonne résistance à l'atta  que     chimique.    Une     partie    au moins de ces  grains     comporte    comme partie intégrante; un  verre très alumineux préalablement lié à des  cristaux.

   Ces grains peuvent être réalisés en  broyant le produit coulé obtenu en fondant  une composition contenant de l'alumine et de  la. silice en proportions telles que le produit  obtenu après refroidissement contienne de la       mullite    et du corindon cristallisés et un verre  très alumineux, le broyage du produit refroidi  étant tel que la matière broyée passe à travers  un tamis présentant 24 mailles au centimètre  environ. L'emploi d'une matière grossière ne  permet pas la réalisation de joints minces.  Dans l'opération de broyage, il se produit nor  malement des grains très fins qui contribuent  à remplir efficacement l'espace compris entre  les grains plus grossiers. Il est avantageux  d'avoir également une proportion assez im  portante d'une matière très fine réfractaire.

    Ceci peut aisément être obtenu à l'aide de  zircon du commerce que l'on trouve en gran  des quantités, broyé de manière à passer à  travers un     tamis    présentant 130 mailles au  centimètre environ. On a constaté que ces ma  tières réfractaires fines, tout en étant cris  tallisées dans une grande mesure, contribuent  nettement à la plasticité du mélange et amé  liorent son     aptitudes    à être travaillé.      2      Eventuellement    un liant faisant prise  ou durcissant à froid. Pour cet objet, le sili  cate de soude ordinaire     (Si03Na@)    donne tout  à fait satisfaction.

   Normalement, on préfère in  troduire ce silicate sous la forme d'une solution  à 38  Baumé dans le reste du mortier (à sec),       lorsque    celui-ci est prêt à l'emploi; en opérant  ainsi, en effet, on ajoute en même temps la  quantité d'eau nécessaire pour rendre le mor  tier facile à travailler. Un silicate de soude  contenant une partie de     Na2O    pour 3,2 de       SiO2    a donné     des        bons    résultats.  



  3      Eventuellement    un agent destiné à accé  lérer la. prise     ou    le durcissement à froid. On  peut, à cet effet, utiliser une petite quantité  de     fluosilicate    de sodium qui agit probable  ment par hydrolyse pour rendre inactive l'eau  plastifiante.  



  4  Une matière apte à jouer le rôle de  liant aux températures de service pour les  grains de matière très réfractaire. Bien en  tendu, à ce liant s'incorporera, lors de la ma  turation, l'éventuel liant pour basse tempé  rature     Si03Na2    ou     SiFINa2.        Pour    constituer  cette matière liante, on utilise avantageuse  ment un verre présentant la propriété, après  réaction avec les autres éléments, de donner  lieu à une bonne adhérence et à une faible  porosité. Il existe sur le marché plusieurs  types de verre susceptibles de réagir et de  subir une maturation entre les limites de tem  pérature voulues, mais ils donnent des degrés  variables d'adhérence et de porosité.

   Pour  obtenir les     meilleurs    résultats, on a trouvé  désirable d'utiliser un verre au borate tel que  l'un des verres B du brevet américain  N  1304623. On a trouvé     qu'une    matière pré  sentant une finesse telle qu'elle passe à tra  vers un tamis présentant 24 mailles au centi  mètre environ est satisfaisante, mais qu'il est  préférable de broyer le verre dans un broyeur  à boulets pour en faire une poudre permet  tant un mélange     plus    intime avec les éléments  réfractaires à lier.  



  5  Un fluorure alcalin, agissant comme     mo-          dificateLir    de porosité. On a     trouvé,    en effet,    que l'addition d'une faible quantité de     fluo-          xure    alcalin, tel qu'une poudre de     fluorure     de     sodium    de pureté commerciale, exerce une  influence marquée sur la diminution de la  porosité du mortier après maturation. Aux  températures de maturation, il s'incorpore  aussi dans le liant des grains réfractaires en  abaissant vraisemblablement la viscosité, ce qui  permet une meilleure pénétration dans les  pores et le remplissage de ceux-ci.  



  Dans ce qui suit, on donnera quelques  exemples de mortiers conformes à l'invention  et qui ont donné de bons résultats  
EMI0003.0024     
  
    <I>Composition <SEP> El:</I>
<tb>  (1) <SEP> Mélange <SEP> réfractaire <SEP> constitué <SEP> de:
<tb>  grains <SEP> de <SEP> corindon-mullite  verre <SEP> 126 <SEP> parties
<tb>  zircon <SEP> broyé <SEP> 14 <SEP> parties
<tb>  140 <SEP> parties
<tb>  (2) <SEP> Solution <SEP> aqueuse <SEP> de <SEP> Si03Na2
<tb>  (38a <SEP> Bé) <SEP> 66 <SEP> parties
<tb>  (3) <SEP> SiF Na2 <SEP> 4 <SEP> parties
<tb>  (4) <SEP> Poudre <SEP> de <SEP> verre <SEP> 60 <SEP> parties
<tb>  (5) <SEP> NaF <SEP> 10 <SEP> parties
<tb>  <I>Composition <SEP> B:</I>
<tb>  (1) <SEP> Mélange <SEP> réfractaire <SEP> consti  tué <SEP> de:

  
<tb>  grains <SEP> de <SEP> corindon-mullite- <SEP> .
<tb>  verre <SEP> 108 <SEP> parties
<tb>  zircon <SEP> broyé <SEP> 12 <SEP> parties
<tb>  120 <SEP> parties
<tb>  (2) <SEP> Solution <SEP> aqueuse, <SEP> de <SEP> Si03Na2
<tb>  (38" <SEP> Bé) <SEP> 60 <SEP> parties
<tb>  3) <SEP> SiF6Na2 <SEP> 4 <SEP> parties
<tb>  (4) <SEP> Poudre <SEP> de <SEP> verre <SEP> 80 <SEP> parties
<tb>  (5) <SEP> NaF <SEP> 10 <SEP> parties
<tb>  <I>Composition <SEP> C:</I>
<tb>  (1) <SEP> Mélange <SEP> réfractaire <SEP> consti  tué <SEP> de:

  
<tb>  grains <SEP> de <SEP> eorindon-mullite  verre <SEP> 200 <SEP> parties
<tb>  zircon <SEP> broyé <SEP> 20 <SEP> parties
<tb>  220 <SEP> parties       
EMI0004.0001     
  
    (2) <SEP> Solution <SEP> aqueuse <SEP> de <SEP> Si03Na2
<tb>  (38 ' <SEP> Bé) <SEP> 140 <SEP> parties
<tb>  (3) <SEP> SiFENa2 <SEP> 8 <SEP> parties
<tb>  (4) <SEP> Poudre <SEP> de <SEP> verre <SEP> 175 <SEP> parties
<tb>  (5) <SEP> NaP <SEP> 20 <SEP> parties       Il importe d'assurer un rapport correct de  la poudre de verre aux grains réfractaires.

   Un  rapport plus bas que     ceux    indiqués     ci-dessus,     c'est-à-dire tel     que    le liant au verre soit en       proportion        inférieure    à     42        %        de        la        matière     très réfractaire, entraîne de la porosité dans  le mortier traité et une moins bonne adhé  rence;

   d'autre part, si l'on porte la     propor-          tion        du        verre    à     nue        valeur        supérieure    à     80        %     de la matière très réfractaire, le mortier se  fendille, son caractère réfractaire diminue  ainsi que sa résistance à l'attaque chimique.  



  En ce qui concerne la préparation et     l'uti-          l.isation    du mortier selon l'invention, on mé  lange d'abord intimement, par exemple,     lies    di  vers éléments susnommés, ou bien tous les élé  ments sauf le silicate de soude, à sec, et on  ajoute ensuite le silicate de soude en solution  à     38         Bé    pour assurer au mortier la consis  tance qui convient pour le travail à la     truelle.     II y a lieu de choisir le     rapport    alcali/silice  dans le silicate de soude du commerce utilisé  d'après les normes connues pour obtenir cette  consistance.

   Comme on le sait (cl.     Mellor,           Inorganic    and     Theoretical        Chemistry ,    vol. 6,  page 320), la     viscosité    du     silicate    augmente à       masure    que le     rapport    silice/alcali croît. On  applique le mortier à la manière connue et il  fait prise     o-L.u    durcit rapidement en acquérant  une résistance à froid suffisante pour per  mettre     une    édification continue de la maçon  nerie.

   On peut alors laisser le mortier subir  une     maturation    sur place après l'avoir laissé  se sécher à la température ambiante (on peut  également hâter l'élimination de     l'hiunidité     par séchage au moyen d'un courant d'air  chaud), cette maturation étant obtenue, dans  le cas de l'établissement     d'une    cellule pour la  production du     magnésium    par électrolyse, en       introduisant    du     chlorure    de magnésium     fondis     et en mettant en route la     ceàlule    d'électrolyse,  le niveau de     l'électrolyte    étant peu à peut élevé    jusqu'à sa hauteur définitive.

   De cette façon,  les assises inférieures de maçonnerie au mor  tier durcissent d'abord, avant que les assises  supérieures n'aient été soumises à la pleine  action de     l'électrolyte.    Si l'on procède ainsi,  le mortier subit sa maturation sans se détério  rer au contact de l'électrolyte. Comme va  riante, afin d'assurer la maturation du mor  tier dans les joints de la     maçonnerie,     on peut soumettre la maçonnerie, après le  temps prévu pour le séchage préliminaire à  l'air, à     un    chauffage     artificiel    au moyen d'une       flamme        où    de moyens de chauffage électri  ques jusqu'à ce que la température de fonc  tionnement soit atteinte.  



  On a supposé, à titre     d'exemples,    que le  mortier suivant l'invention est     appliqué    à  l'établissement d'une cellule pour la produc  tion électrolytique de magnésium; il est bien       évident    cependant qu'on pourra l'utiliser avec  avantage partout où des     conditions    analogues  exigent des propriétés similaires.

Claims (1)

1. REVENDICATION: Mortier réfractaire, dont la maturation s'effectue à une température inférieure à 8500 C, caractérisé en ce qu'il contient des grains de matière très réfractaire ayant par elle-même une porosité négligeable et une ré sistance élevée à l'attaque chimique, une par tie au moins de ces grains comprenant comme parties intégrantes un verre très aliunineux lié à des cristaux réfractaires, des particules fines d'une matière apte à jouer le rôle de liant pour lesdits grains de matière très ré fractaire après maturation du mortier et un fluorure alcalin,

   ce dernier ayant pour effet de favoriser la formation par ladite matura tion d'une masse de faible porosité. SOUS-REVENDICATIONS 1. Mortier selon la. revendication, carac térisé en ce que. le rapport de la quantité de matière apte à jouer le rôle de liant, à la quantité de matière très réfractaire, est com pris entra 0,42 et 0,80. 2. Mortier selon la revendication, caracté risé en ce que lesdits cristaux réfractaires des grains comprenant comme partie intégrante un verre très alumineux sont constitués par de la mullite et du corindon.

   3. Mortier selon la revendication, caracté risé en ce que ladite matière apte à jouer le rôle de liant est constituée par un verre. 4. Mortier selon la revendication et la sous- revendication 3, caractérisé en ce que ledit verre est un verre au borosilicate. 5. Mortier selon la revendication, caracté risé en ce que ladite matière apte à jouer le rôle de liant est à même de remplir ce rôle après maturation du mortier à une tempéra ture comprise entre 700 et 8001 C. 6. Mortier selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, en outre, du silicate de soude. 7. Mortier selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, en outre, un fluo- silicate.