Procédé de fabrication de mélanges binaires comprenant une matière minérale pulvérulente
La présente invention concerne un procédé pour l'obtention de mélanges binaires formés d'une matière minérale pulvérulente dont les particules sont enrobées d'un liquide peu volatil ou d'un solide, ces particules étant produites de façon continue dans une enceinte séparée.
Les mélanges résultant d'un tel procédé trouvent leur utilisation dans de nombreuses industries (peintures, encres, matières plastiques, caoutchouc) où l'on doit, à un stade donné de la fabrication, disperser dans une masse de liquide plus ou moins visqueuse une charge minérale ou un pigment dont la finesse peut être extrême (par exemple du micron à quelques millimicrons).
Or on éprouve de grandes difficultés, avec les procédés utilisés jusqu'à présent; pour préparer ces mélanges binaires, à obtenir des mélanges strictement homogènes.
La présente invention permet d'obvier à ces difficultés. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que les particules de matière pulvérulente sont envoyées en parallèle et de façon continue vers plusieurs étages de dispersion parcourus en série par l'agent d'enrobage, à l'état liquide, qui est ainsi enrichi progressivement en particules, les débits respectifs de particules et de liquide dans chaque étage correspondant, en volume, à une proportion de liquide supérieure à celle des particules, ces dernières étant maintenues, depuis leur formation jusqu'à leur mé- lange avec le liquide, en présence du même milieu gazeux que celui de leur formation, après quoi une partie du liquide contenu dans le mélange binaire homogène obtenu à la sortie du dernier étage de dispersion est éliminée par voie mécanique, ladite partie de liquide étant recyclée.
Le mélange ainsi obtenu se présente ordinairement sous forme d'un produit pâteux à solide.
Le fait que les particules sont dispersées en présence du même milieu gazeux que celui dans lequel elles ont été produites, le volume important de liquide disponible pour la dispersion relativement au volume de solide et l'incorporation progressive de ces particules assurent une dispersion parfaite de chaque particule qui peut être individuellement recouverte par la phase liquide de dispersion.
Parmi les produits pulvérulents susceptibles d'être utilisés pour exécuter le procédé selon l'invention, on peut citer: - les charges inertes utilisées dans l'industrie du
caoutchouc ou des peintures (charges blanches
ou charges colorées); - les pigments utilisés dans les peintures et les
charges renforçantes mises en oeuvre dans le
caoutchouc.
Ces substances appartiennent aux familles chimiques des sels et des oxydes minéraux.
L'agent d'enrobage mis en oeuvre, à l'état liquide, est de préférence un produit entrant dans la formule des peintures, encres d'imprimerie, caoutchouc, matières plastiques, etc., à titre de liant ou de plastifiant.
Cet agent peut ainsi être constitué par les corps ci-après: - un mélange d'hydrocarbures lourds (résidus
d'huiles minérales, paraffine, cires, goudron de pin) ; - un ester à point d'ébullition élevé (phtalates,
phosphates) ; - un corps gras (huiles végétales telles que l'huile
de lin, de bois de Chine, de ricin), un acide gras
(acide stéarique) ; un corps gras combiné à une
résine (résine oléoglycérophtalique).
Toutes ces substances sont ou bien liquides à la température ambiante, ou très faciles à liquéfier par chauffage (cas de la paraffine). Dans tous les cas, la dispersion des particules est réalisée dans une phase continue à l'état liquide, cette phase étant chauffée à cet effet si nécessaire.
Des exemples spécifiques de matières minérales qui peuvent être utilisées dans le procédé selon l'invention sont les suivants: oxyde de zinc, bioxyde de titane, lithopone, carbonate de calcium, sulfate de baryum, silice et silicates, oxyde de fer.
Tous ces corps peuvent être dispersés dans l'huile de lin ou autres huiles siccatives en vue d'obtenir des mélanges-pigment pour peintures grasses et analogues, dans le phosphate tricrésylique ou autres esters peu volatils en vue d'obtenir des mélanges-pigment ou des mélanges-charge pour peintures synthétiques ou masses plastiques; dans du goudron de pin ou des huiles minérales lourdes ou de l'acide stéarique pour former des mélanges-charge pour l'industrie du caoutchouc.
La dispersion de la matière minérale pulvérulente dans la phase liquide étant réalisée de façon continue et progressive, cela permet à chaque instant de n'avoir qu'un très faible volume de poudre en présence d'une masse homogène où la phase liquide est prédominante et d'éviter ainsi toute agglomération de particules solides au moment même de la dispersion.
La dispersion des particules étant en outre réalisée au sein d'un milieu gazeux de même composition que celui qui les baignait au moment où elles ont été formées, c'est-à-dire sans passage dans un milieu ambiant autre que celui de leur fabrication et susceptible d'être, par exemple, plus riche en oxygène et/ ou d'un état hygrométrique différent, les particules n'ont pas tendance à s'agglomérer les unes aux autres, ni à subir des modifications des états de surface.
Les mélanges obtenus peuvent être à leur tour dispersés avec une grande facilité dans une phase liquide ou visqueuse, identique ou différente de la première. Le stockage de ces mélanges concentrés présente des avantages marqués par rapport à celui des matières pulvérulentes sèches.
En effet, la phase liquide ou solide même sous forme d'une pellicule infiniment mince qui sépare les particules solides, joue un rôle protecteur très important dans la conservation de tels produits intermédiaires - protection physique ou mécanique en évitant l'ag
glomération des particules par compression et
l'absorption d'humidité; - protection électrique, en empêchant l'aggloméra
tion des particules par attraction électrostatique; - protection chimique en évitant l'action des agents
atmosphériques sur les particules.
Le stockage de la matière pulvérulente sous cette forme est donc très avantageux. Au dessin annexé:
la fig. 1 montre de façon schématique un appareil pour l'exécution du procédé dans le cas où la matière pulvérulente est obtenue par une réaction chimique dans un milieu gazeux (cas de l'oxyde de zinc) et est mélangée avec une huile de pétrole (mélange d'hydrocarbures lourds résiduels);
la fig. 2 montre un autre appareillage pour la dispersion d'une matière pulvérulente obtenue par broyage (cas du lithopone).
Sur la fig. 1, on voit en 21 le four à oxyde de zinc qui produit ce corps à l'état de neige. Un aspirateur 22 crée un courant gazeux qui entraîne les particules d'oxyde de zinc à travers un échangeur de chaleur 23, des cyclones 24 dont les tubulures de sortie 26 débouchent dans une chambre 27 contenant des manches à air 28.
La poudre d'oxyde de zinc dont la granulométrie va de 0,1 à quelques microns est recueillie à la partie inférieure 31 des cyclones 24 et de la chambre 27.
On remarquera que, grâce à la disposition de l'échangeur 23, les particules ne sont pas mises en contact avec l'atmosphère extérieure.
Des vannes à air 32 font tomber la poudre d'oxyde de zinc sur une vis transporteuse 33, étanche à l'air, qui alimente par une goulotte 34 une trémie de stockage 35 également étanche, de sorte que le milieu gazeux avec lequel les particules sont en contact n'est pas différent de celui au sein duquel elles ont pris naissance.
La trémie 35 est pourvue de trois vannes à air 36, 37, 38, munies chacune d'un vibreur 39, ce qui permet d'alimenter, grâce à des conduites souples et étanches 41, une série étagée de trois homogénéiseurs continus 2, 3, 4.
Ces homogénéiseurs étanches à l'air sont montés en cascade relativement au circuit du liquide qui les traverse successivement et dans lequel doit être effectuée la dispersion des particules d'oxyde de zinc.
Une cuve de stockage 43 contient l'huile de pétrole mise à température constante par un système de chauffage à thermostat 44, muni d'un by-pass 46.
Une pompe de circulation 48 envoie avec un débit constant l'huile de pétrole à température constante dans l'homogénéiseur 2.
Les alimentations en huile et oxyde de zinc sont telles qu'on ait pour les homogénéiseurs 2, 3, 4 des rapports en volumes réels: phase solide/phase liquide égales respectivement à 1/6; 2/6 et 3/6.
Dans ces conditions, la phase liquide arrivant en 12 est chargée progressivement au niveau des homogénéiseurs 2, 3, 4 en particules solides qui sont dispersées dans un volume liquide nettement supérieur à celui qui correspond au taux final désiré pour le mélange binaire. Cette dispersion est ainsi effectuée dans les meilleures conditions, sans risques de formation d'agglomérats. La circulation en circuit fermé du liquide permet, d'autre part, d'assurer dans les homogénéiseurs un rapport volumétrique liquide/solide important tout en n'utilisant qu'un volume absolu de liquide faible: il suffit de régler à une valeur suffisante le débit de liquide.
A la sortie de l'appareil 4 toutes les particules d'oxyde de zinc sont dispersées dans l'huile de pétrole et rendues insensibles à l'action de l'atmosphère extérieure. Le système d'étanchéité peut donc s'arrêter en aval de l'homogénéiseur 4. Toutefois, l'étanchéité peut être assurée sur tout le circuit pour éviter une oxydation éventuelle de la phase liquide recyclée.
La phase liquide délivrée en 13 à la sortie de l'homogénéiseur 4 dans laquelle les particules d'oxyde de zinc en suspension sont encore relativement diluées, est envoyée vers des étages de concentration mécanique permettant d'éliminer le volume de liquide en excès.
Ces étages comprennent une essoreuse continue 5 qui permet de titrer exactement la concentration du mélange en huile de pétrole. La pâte ainsi produite, dont la composition est, par exemple, de 60 O/o d'oxyde de zinc et de 40 O/o d'huile en volume (ou 90 /o d'oxyde et 10 o/o d'huile en poids) est acheminée vers un filtre-presse hydraulique 6 (presse automatique à 12 pots, par exemple).
Le filtre 6 élève encore la concentration en oxyde de la phase sédimentaire et débite en 9 des pains 51, à l'état solide, mais dans lesquels toutes les particules solides restent enrobées d'une mince pellicule d'huile. La composition de ces pains correspond à 76 /o d'oxyde et 24 o/o d'huile en volume (soit 95 O/o d'oxyde et 5 O/o d'huile en poids).
L'huile recyclée et renvoyée par les conduites 7 dans la cuve 43 est décantée. Un centrifugeur 52 permet d'épurer le liquide recyclé en cas de besoin.
Les pains 51 peuvent être avantageusement utilisés pour la fabrication de mélanges à base de caoutchouc.
I1 suffit d'introduire ces pains dans un mélangeur en y incorporant les autres matières nécessaires à la préparation du mélange (gommes, autres charges, pigments et plastifiants, etc.).
Les constituants pulvérulents de ces mélanges peuvent d'ailleurs être eux-mêmes introduits sous forme de pains solides préparés conformément à l'invention.
La qualité des produits fabriqués ainsi est particulièrement remarquable.
La réalisation de la fig. 2 concerne l'application du procédé à l'obtention d'un mélange formé d'huile de lin et de lithopone (pigment blanc obtenu par broyage d'une combinaison de sulfate de baryum et de sulfure de zinc), le mélange obtenu étant destiné à la fabrication des peintures grasses.
Le lithopone est stocké en 61, amené par un chargeur automatique 62 dans un broyeur centrifuge 63 muni d'un collecteur d'air 64 qui reçoit de l'air conditionné (température et état hygrométrique) d'une unité 65 prévue à cet effet, ce qui évite toute modification de l'état de surface des particules broyées et leur agglomération. Le lithopone est recueilli dans une trémie 66 munie de manches à air et stocké en 67. I1 est acheminé par un système de distributeur et de conduites étanches analogue à celui de la fig. 1, vers des homogénéiseurs tels que 2, qui font partie d'un ensemble à circulation continue de l'huile de lin, du type de la fig. 1.
La dispersion du lithopone s'effectue donc en présence de l'air même qui a baigné la matière première lors de son broyage.
REVENDICATIONS
I. Procédé pour l'obtention de mélanges binaires formés d'une matière minérale pulvérulente dont les particules sont enrobées d'un liquide peu volatil ou d'un solide, ces particules étant produites de façon continue dans une enceinte séparée, caractérisé en ce que les particules de matière pulvérulente sont envoyées en parallèle et de façon continue vers plusieurs étages de dispersion parcourus en série par l'agent d'enrobage, à l'état liquide, qui est ainsi enrichi progressivement en particules, les débits respectifs de particules et de liquide dans chaque étage correspondant, en volume, à une proportion de liquide supérieure à celle des particules, ces dernières étant maintenues, depuis leur formation jusqu'à leur mélange avec le liquide, en présence du même milieu gazeux que celui de leur formation,
après quoi une partie du liquide contenu dans le mélange binaire homogène obtenu à la sortie du dernier étage de dispersion est éliminée par voie mécanique, ladite partie de liquide étant recyclée.
II. Mélange obtenu par le procédé selon la revendication I, se présentant sous forme d'un produit pâteux à solide.
Process for manufacturing binary mixtures comprising a pulverulent mineral material
The present invention relates to a process for obtaining binary mixtures formed from a pulverulent mineral material, the particles of which are coated with a low volatility liquid or with a solid, these particles being produced continuously in a separate chamber.
The mixtures resulting from such a process find their use in many industries (paints, inks, plastics, rubber) where one must, at a given stage of manufacture, disperse in a more or less viscous mass of liquid a mineral filler or a pigment whose fineness can be extreme (for example from a micron to a few millimicrons).
However, one experiences great difficulties with the processes used up to now; to prepare these binary mixtures, to obtain strictly homogeneous mixtures.
The present invention overcomes these difficulties. The process according to the invention is characterized in that the particles of pulverulent material are sent in parallel and continuously to several dispersion stages through which the coating agent, in the liquid state, passes through it in series, which is thus enriched. progressively in particles, the respective flow rates of particles and liquid in each stage corresponding, by volume, to a proportion of liquid greater than that of the particles, the latter being maintained, from their formation to their mixing with the liquid, in the presence of the same gaseous medium as that of their formation, after which part of the liquid contained in the homogeneous binary mixture obtained at the outlet of the last dispersion stage is removed by mechanical means, said part of liquid being recycled.
The mixture thus obtained is usually in the form of a pasty to solid product.
The fact that the particles are dispersed in the presence of the same gaseous medium as that in which they were produced, the large volume of liquid available for dispersion relative to the volume of solid and the gradual incorporation of these particles ensure a perfect dispersion of each particle which can be individually covered by the liquid dispersion phase.
Among the pulverulent products capable of being used to carry out the process according to the invention, there may be mentioned: - inert fillers used in the construction industry.
rubber or paints (white fillers
or colored fillers); - pigments used in paints and
reinforcing fillers implemented in the
rubber.
These substances belong to the chemical families of salts and mineral oxides.
The coating agent used, in the liquid state, is preferably a product entering into the formulation of paints, printing inks, rubber, plastics, etc., as binder or plasticizer.
This agent can thus consist of the following substances: - a mixture of heavy hydrocarbons (residues
mineral oils, paraffin, waxes, pine tar); - an ester with a high boiling point (phthalates,
phosphates); - a fatty substance (vegetable oils such as oil
flax, Chinese wood, castor oil), a fatty acid
(stearic acid); a fatty substance combined with a
resin (oleoglycerophthalic resin).
All these substances are either liquid at ambient temperature, or very easy to liquefy by heating (case of paraffin). In all cases, the dispersion of the particles is carried out in a continuous phase in the liquid state, this phase being heated for this purpose if necessary.
Specific examples of mineral materials which can be used in the process according to the invention are the following: zinc oxide, titanium dioxide, lithopone, calcium carbonate, barium sulfate, silica and silicates, iron oxide.
All these substances can be dispersed in linseed oil or other drying oils in order to obtain pigment mixtures for oily paints and the like, in tricresyl phosphate or other low volatile esters in order to obtain pigment mixtures or filler mixes for synthetic paints or plastic masses; in pine tar or heavy mineral oils or stearic acid to form feed mixes for the rubber industry.
The dispersion of the pulverulent mineral matter in the liquid phase being carried out continuously and gradually, this allows at any time to have only a very small volume of powder in the presence of a homogeneous mass where the liquid phase is predominant and thus to avoid any agglomeration of solid particles at the time of dispersion.
The dispersion of the particles being furthermore carried out within a gaseous medium of the same composition as that which bathed them at the time when they were formed, that is to say without passing into an ambient medium other than that of their manufacture. and capable of being, for example, richer in oxygen and / or of a different hygrometric state, the particles do not tend to agglomerate with one another, nor to undergo changes in surface conditions.
The mixtures obtained can in turn be dispersed with great ease in a liquid or viscous phase, identical or different from the first. The storage of these concentrated mixtures has marked advantages over that of dry pulverulent materials.
In fact, the liquid or solid phase, even in the form of an infinitely thin film which separates the solid particles, plays a very important protective role in the preservation of such intermediate products - physical or mechanical protection by avoiding agitation.
glomeration of particles by compression and
moisture absorption; - electrical protection, preventing agglomeration
tion of particles by electrostatic attraction; - chemical protection by avoiding the action of agents
atmospheric on particles.
The storage of the pulverulent material in this form is therefore very advantageous. In the attached drawing:
fig. 1 schematically shows an apparatus for carrying out the process in the case where the pulverulent material is obtained by a chemical reaction in a gaseous medium (case of zinc oxide) and is mixed with a petroleum oil (mixture of 'residual heavy hydrocarbons);
fig. 2 shows another apparatus for the dispersion of a pulverulent material obtained by grinding (case of lithopone).
In fig. 1, we see at 21 the zinc oxide furnace which produces this body in the state of snow. A vacuum cleaner 22 creates a gas stream which entrains the zinc oxide particles through a heat exchanger 23, cyclones 24 whose outlet pipes 26 open into a chamber 27 containing air sleeves 28.
The zinc oxide powder, the particle size of which ranges from 0.1 to a few microns, is collected at the lower part 31 of the cyclones 24 and of the chamber 27.
It will be noted that, thanks to the arrangement of the exchanger 23, the particles are not brought into contact with the external atmosphere.
Air valves 32 drop the zinc oxide powder onto an airtight conveyor screw 33, which feeds through a chute 34 a storage hopper 35 also sealed, so that the gaseous medium with which the particles are in contact is no different from the one in which they originated.
The hopper 35 is provided with three air valves 36, 37, 38, each fitted with a vibrator 39, which makes it possible to supply, thanks to flexible and sealed pipes 41, a stepped series of three continuous homogenizers 2, 3 , 4.
These airtight homogenizers are mounted in cascade relative to the liquid circuit which passes through them successively and in which the dispersion of the zinc oxide particles must be carried out.
A storage tank 43 contains the petroleum oil brought to a constant temperature by a thermostatically controlled heating system 44, provided with a bypass 46.
A circulation pump 48 sends with a constant flow the petroleum oil at constant temperature into the homogenizer 2.
The oil and zinc oxide supplies are such that, for the homogenizers 2, 3, 4, there are real volume ratios: solid phase / liquid phase equal to 1/6 respectively; 2/6 and 3/6.
Under these conditions, the liquid phase arriving at 12 is gradually loaded at the level of the homogenizers 2, 3, 4 with solid particles which are dispersed in a liquid volume markedly greater than that which corresponds to the final rate desired for the binary mixture. This dispersion is thus carried out under the best conditions, without the risk of forming agglomerates. The closed circuit circulation of the liquid makes it possible, on the other hand, to ensure in the homogenizers a significant liquid / solid volumetric ratio while using only a small absolute volume of liquid: it suffices to set the volume to a sufficient value. liquid flow.
On leaving the device 4 all the zinc oxide particles are dispersed in petroleum oil and rendered insensitive to the action of the external atmosphere. The sealing system can therefore stop downstream of the homogenizer 4. However, sealing can be ensured over the entire circuit to prevent possible oxidation of the recycled liquid phase.
The liquid phase delivered at 13 to the outlet of the homogenizer 4 in which the zinc oxide particles in suspension are still relatively dilute, is sent to mechanical concentration stages making it possible to eliminate the volume of excess liquid.
These stages include a continuous wringer 5 which enables the concentration of the petroleum oil mixture to be accurately titrated. The paste thus produced, whose composition is, for example, 60 O / o of zinc oxide and 40 O / o of oil by volume (or 90 / o of oxide and 10 o / o of oil by weight) is fed to a hydraulic filter press 6 (automatic 12-pot press, for example).
The filter 6 further increases the oxide concentration of the sedimentary phase and delivers 9 bars 51, in the solid state, but in which all the solid particles remain coated with a thin film of oil. The composition of these breads corresponds to 76% of oxide and 24% of oil by volume (ie 95% of oxide and 5% of oil by weight).
The oil recycled and returned via the pipes 7 to the tank 43 is decanted. A centrifuge 52 makes it possible to purify the recycled liquid if necessary.
The bars 51 can be advantageously used for the manufacture of rubber-based mixtures.
It suffices to introduce these breads into a mixer incorporating therein the other materials necessary for the preparation of the mixture (gums, other fillers, pigments and plasticizers, etc.).
The pulverulent constituents of these mixtures can moreover themselves be introduced in the form of solid bars prepared in accordance with the invention.
The quality of the products produced in this way is particularly remarkable.
The realization of FIG. 2 relates to the application of the process to obtaining a mixture formed from linseed oil and lithopone (white pigment obtained by grinding a combination of barium sulphate and zinc sulphide), the mixture obtained being intended in the manufacture of oily paints.
The lithopone is stored at 61, fed by an automatic loader 62 into a centrifugal mill 63 provided with an air collector 64 which receives conditioned air (temperature and hygrometric state) from a unit 65 provided for this purpose, which prevents any modification of the surface condition of the ground particles and their agglomeration. The lithopone is collected in a hopper 66 provided with air socks and stored at 67. I1 is conveyed by a distributor system and sealed pipes similar to that of FIG. 1, to homogenizers such as 2, which form part of an assembly with continuous circulation of linseed oil, of the type of FIG. 1.
The dispersion of the lithopone therefore takes place in the presence of the same air which bathed the raw material during its grinding.
CLAIMS
I. Process for obtaining binary mixtures formed from a pulverulent mineral material, the particles of which are coated with a low volatility liquid or with a solid, these particles being produced continuously in a separate chamber, characterized in that the particles of pulverulent material are sent in parallel and continuously to several dispersion stages traversed in series by the coating agent, in the liquid state, which is thus progressively enriched in particles, the respective flow rates of particles and of liquid in each stage corresponding, by volume, to a proportion of liquid greater than that of the particles, the latter being maintained, from their formation to their mixing with the liquid, in the presence of the same gaseous medium as that of their formation,
after which a part of the liquid contained in the homogeneous binary mixture obtained at the outlet of the last dispersion stage is removed by mechanical means, said part of liquid being recycled.
II. Mixture obtained by the process according to claim I, in the form of a pasty to solid product.