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LAIT DE CHAUX ET/OU D'HYDROXYDE DE MAGNESIUM La présente invention a pour objet un lait de chaux et/ou d'hydroxyde de magnésium présentant une teneur importante en matière sèche.
Il est connu de préparer des laits de chaux et/ou d'hydroxyde de magnésium par reaction de CaO, MgO, CaO-MgO avec de l'eau ou en mélangeant de l'hydroxyde de calcium et/ou de magnésium dans un milieu aqueux.
Lors de la préparation de lait de chaux par réaction de chaux vive avec de l'eau, la taille moyenne des particules d'hydroxyde de calcium est très petite, de sorte que pour assurer une fluidité ou une pompabilité suffisante du lait, la teneur en particules d'hydroxyde de calcium dans le lait doit être inférieure à moins de 25 à 35% en poids.
Il est également connu qu'en augmentant la taille des particules d'hydroxyde de calcium, la surface spécifique de celles-ci décroît et qu'en augmentant la taille des particules d'hydroxyde de calcium, il est possible de diminuer la viscosité du lait de chaux ou encore pour une viscosité déterminée d'accroître la teneur en matière sèche d'un lait.
Pour accroître la taille des particules de Ca (OH) 2 et donc diminuer la viscosité du lait de chaux, on a déjà proposé dans le document US 4, 464, 363 d'éteindre de la chaux vive dans un milieu aqueux en présence de 0, 5 à 5% en poids de sulfate de calcium par : rapport au poids de chaux vive à éteindre. Dans ce document, on éteint de la chaux vive jusqu'à ce que la température du milieu réactionnel atteigne environ 85 C.
Des essais ont montré que des laits de chaux
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obtenus par un tel procédé pouvait présenter une teneur en matière sèche de l'ordre de 40-45% maximum.
Comme spécifié à la page 335 de Chemistry and Technology of Lime and Limestone, l'utilisation d'une eau contenant du SO pour l'extinction de chaux vive diminue la vitesse d'hydratation de la chaux et provoque la formation de grosses particules qui sédimentent rapidement. Des laits de chaux préparés par extinction de chaux vive en présence de CASH 4 ne présentent, dû à cette sédimentation rapide, qu'une stabilité relative dans le temps.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Elle a donc pour objet un lait de chaux et/ou d'hydroxyde de magnésium présentant une haute teneur en matière sèche, en particulier supérieure à 50% en poids, ce lait étant toutefois stable au cours du temps. La présente invention a donc pour objet un lait de chaux et/ou d'hydroxyde de magnésium présentant une viscosité inférieure à 1500 centipoises (15 Pa. s) et une teneur en matière sèche supérieure à 50% en poids.
Un tel lait peut être obtenu par extinction de CaO, MgO, CaO-MgO au moyen d'eau en présence d'un anion d'un acide minéral, en particulier SO. et Cl et en présence d'un polyanion.
Selon une particularité du lait suivant l'invention, il contient au moins un anion d'un acide minéral ou inorganique, en particulier d'un acide fort et de façon avantageuse d'un acide choisi parmi l'acide sulfurique, l'acide sulfureux, l'acide chlorhydrique, et au moins un polyanion.
L'anion d'acide minéral qui est avantageusement SO-,SO., Cl ou un mélange de ceux-ci est présent dans le lait de chaux à une concentration qui est avantageusement comprise entre 1 et 50 g/l, de préférence entre 6 et 30 gel.
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Avantageusement ledit anion provient d'un sel de calcium ou de magnésium d'acide minéral, en
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particulier de Cad-, MgCl,,, CaSO, (de préférence sous forme CaSO.-1/2 H,, 0), MgSO. (de préférence sous forme MgS04. 7H20) et leurs mélanges.
La polyanion présent dans une forme particulière de réalisation d'un lait suivant l'invention est avantageusement un polymère ou copolymère comprenant des unités monomériques anioniques issues de monomères appartenant au groupe comprenant l'acide acrylique et ses sels, l'acide méthacrylique et ses sels, l'acide vinylbenzylsulfonique et ses sels, l'acide 2-acrylamino-2-méthylpropane-sulfonique et ses sels, méthacrylate de 2-sulfoéthyle et ses sels. La concentration dudit polyanion dans le lait est par exemple de 1 à 50 g/l mais est de préférence comprise entre 5 et 30g/1.
Des polyanions préférés sont les polyacrylates, polyméthacrylates, les copolymères d'esters acrylique et méthacrylique et leurs mélanges.
Des laits suivant l'invention peuvent dans des formes de réalisation présenter une viscosité comprise entre 500 centipoises (5 Pa. s) et 1500 centipoises (15 Pa. s) et une teneur en matière sèche supérieure à 60% en poids.
Selon une autre caractéristique des laits suivant l'invention, ils présentent une teneur importante de grosses particules telles que des particules ayant une granulométrie supérieure à 100 microns. Ainsi, dans des formes de réalisation, le lait suivant l'invention contient des particules d'hydroxyde de calcium et/ou de magnésium dont au moins 20% en poids, de préférence 30% en poids ont une granulométrie supérieure à 100 microns. Malgré cette forte proportion en particules d'hydroxyde de calcium
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et/ou de magnésium de granulométrie importante, les laits suivant l'invention présentent une bonne stabilité ou une résistance importante à la sédimentation, facilitant de la sorte son transport et son utilisation.
La présente invention a également pour objet un procédé de préparation d'un lait de chaux et/ou d'hydroxyde de magnésium, en particulier d'un lait présentant une teneur en matière sèche supérieure à 50% en poids et une viscosité inférieure à 1500 centipoises (15 Pa. s), c'est-à-dire un lait de chaux suivant l'invention.
Selon le procédé suivant l'invention, on éteint de l'oxyde de calcium et/ou de magnésium au moyen d'une solution aqueuse contenant au moins un anion d'un acide minéral, avantageusement d'un acide minéral fort et en particulier SO3, SO4, Cl ou un mélange de ceux-ci et on ajoute à la solution aqueuse un polyanion avant, pendant ou en fin de réaction d'extinction de l'oxyde de calcium et/ou de magnésium.
De façon avantageuse au cours ou en fin de la réaction, on ajoute un polymère ou copolymère comprenant des unités monomériques anioniques issues des monomères appartenant au groupe comprenant l'acide acrylique et ses sels, l'acide méthacrylique et ses sels, l'acide 2-acrylamino-2-methylpropane-sulfonique et ses sels, méthacrylate de 2-sulfoéthyle et ses sels.
La réaction d'extinction de CaO, MgO ou de leurs mélanges est avantageusement réalisée au moyen d'une solution contenant de 1 à 50 g/l, de préférence de
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6 à 30 g/l de O'ou/et de Cl
Lors de cette réaction d'extinction, on soumet le milieu réactionnel à une agitation et on maintient la température dudit milieu à une température inférieure à 40 C, de préférence à 30 C.
De façon avantageuse, on contrôle la réaction
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d'extinction par une mesure de la viscosité du milieu réactionnel. Ainsi, par exemple, on ajoute de l'oxyde de calcium et/ou de magnésium dans la solution jusqu'à obtention d'une viscosité comprise entre 300 et 1200 centipoises (3 et 12 Pa. s).
Dans une forme de réalisation d'un procédé suivant l'invention, on éteint l'oxyde de calcium et/ou de magnésium dans une solution aqueuse contenant au moins un anion d'un acide minéral, en particulier SO. et Cl jusqu'à obtention d'un mélange réactionnel présentant une viscosité comprise entre 300 et 1200 centipoises, on ajoute ensuite au mélange un polyanion de préférence choisi parmi un polyacrylate ou polyméthacrylate ou un copolymère d'esters acrylique et méthacrylique ou un mélange de ceux-ci de manière à réduire ladite viscosité, et on ajoute encore de l'oxyde de calcium et/ou de magnésium au mélange de manière à l'éteindre jusqu'à obtention d'une viscosité comprise entre 300 et 1200 centipoises.
Dans une forme particulière du procédé suivant l'invention, on soumet le milieu après les étapes d'extinction et d'ajout du polyanion, à un broyage. Cette opération de broyage peut être effectuée avant ou après une étape de séparation d'une phase solide du milieu réactionnel et éventuellement une étape de séchage. Le broyage est dit humide s'il est effectué avant l'étape de séparation et une étape de séchage.
Après un broyage humide, il est possible d'obtenir un lait de chaux et/ou hydroxyde de magnésium contenant un ensemble de microfeuilles d'hydroxyde de calcium et/ou de magnésium.
La présente invention a donc aussi pour objet un lait de chaux comprenant des microfeuilles
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d'hydroxyde de calcium et/ou de magnésium. De telles microfeuilles ont avantageusement une épaisseur inférieure à 0,5 micron, de préférence à 0,3 micron et peuvent dans des formes de réalisation présenter une face inférieure et une face supérieure parallèles entre elles, la surface desdites faces étant inférieure à 200
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. 2 d'f''100'2 microns, de préférence à 100 microns
Si après un tel broyage humide ou si avant de broyer on effectue une séparation phase solide-phase liquide du milieu et avantageusement un séchage de la phase solide, il est possible de préparer des microfeuilles d'hydroxyde de calcium et/ou de magnésium.
De telles microfeuilles ont avantageusement une épaisseur inférieure à 0,5 micron (de préférence inférieure à 0,3 micron) et présentent une face inférieure et une face supérieure parallèle entre elles, la surface desdites faces étant inférieure à 200, de
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2 préférence 100 microns2.
Si on ne soumet pas le milieu réactionnel à un broyage mais uniquement à une séparation de phase telle qu'une filtration, on obtient des grains ou particules de Ca (OH) 2 sous forme d'un amalgamme de microfeuilles, en particulier de microfeuilles d'épaisseur inférieure à 0,5 micron, de préférence à 0,3 micron. Ces microfeuilles présentent de préférence une face inférieure et une face supérieure parallèles entre elles, la surface desdites faces étant
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2 inférieure à 200, de préférence à 100 microns2.
Dans une forme de réalisation, de tels grains présentent une granulométrie moyenne supérieure à 20 pm, de préférence à 50 pm. De préférence, plus de 80% des particules ou grains ont une granulométrie supérieure à 20 microns.
Des grains particulièrement avantageux sont ceux présentant une granulométrie supérieure à 100, de
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préférence à 250 microns.
De tels grains, selon l'invention, présentent de gros pores (par exemple de 30 à 50 microns) de sorte qu'ils sont avantageusement utilisés pour capter ou emprisonner de grosses particules.
D'autres détails et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description suivante dans laquelle il est fait référence à des exemples de préparation et aux dessins ci-annexés.
Dans ces dessins, la figure 1 est une vue schématique d'une installation qui peut être utilisée pour la préparation d'un lait-suivant l'invention, et les figures 2 et 3 sont des vues d'un grain d'hydroxyde de calcium suivant l'invention.
L'installation utilisée pour la préparation de lait suivant l'invention comprend une cuve 1 munie d'une enveloppe de refroidissement 11 et d'un agitateur 12 (de préférence du type à ancre). L'oxyde de calcium et/ou de magnésium ou l'hydroxyde de calcium et/ou de magnésium qui est placé dans une trémie 2 est amené à ladite cuve 1 par une vis sans fin 3. La vitesse de l'agitateur est par exemple comprise entre 200 et 600 tours/minute.
L'eau, l'anion d'un acide minéral et le polyanion sont amenés respectivement à ladite cuve 1 par des conduits 41,42 et 43.
La cuve 1 présente au voisinage de son fond un conduit d'évacuation 5 pour le lait de chaux et/ou d'hydroxyde de magnésium formé.
De façon avantageuse, la cuve 1 est également munie d'un dispositif de mesure de la viscosité 6, ce dispositif 6 étant raccordé à un système d'asservissement 7 agissant sur le moteur 8 entraînant la vis sans fin 3. Ce système 7 permet dès lors de
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contrôler et d'ajuster la quantité de CaO, MgO, Ca (OH) 2 et/ou Mg (OH) 2 pour obtenir le niveau de viscosité prédéterminé, c'est-à-dire obtenir en fin d'opération un produit présentant une viscosité déterminée.
Un détecteur de température 9 est raccordé à un système de commande 10 d'une vanne 21 d'introduction d'un fluide de refroidissement dans l'enveloppe 11 de la cuve 1. De cette manière, il est possible d'assurer que la température du mélange contenu dans la cuve ne dépasse pas une température déterminée, en particulier 40 C, de préférence 30 C.
Exemples de préparation Exemple n l
On a ajouté à une solution aqueuse contenant
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10 g/l de CaSO.. 1/2 H20 de l'oxyde de calcium. Lors de la réaction exothermique d'hydratation, on a maintenu la température du milieu à environ 40 C. Cette réaction d'hydratation a été effectuée sous agitation (vitesse de rotation : 400 tours/minute).
Le sulfate de calcium présent dans la solution inhibe la réaction d'hydratation, c'est-à-dire réduit la vitesse d'hydratation et permet donc une meilleure évacuation de la chaleur libérée lors de la réaction.
Lorsque la viscosité du mélange réactionnel était de 800 centipoises on a ajouté du polyacrylate de sodium en une quantité correspondant à 1% du poids désiré d'hydroxyde de calcium dans le lait de chaux. Après cet ajout, le mélange soumis à agitation présentait une viscosité de 300 centipoises (3 Pa. s). On a ensuite continué à ajouter de l'oxyde de calcium au mélange jusqu'à ce que sa viscosité soit d'environ 800 centipoises. Lors ce la réaction d'hydratation de
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l'oxyde de calcium, on a maintenu la température du milieu réactionnel à environ 40 C.
Le lait ainsi préparé avait une concentration
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en Ca (OH) 2 d'environ 65%.
Exemple n 2
On a répété l'exemple 1 si ce n'est qu'on a préparé dans un premier temps une solution contenant 10
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g/l de Cash4. 1/2 H20 et 6 g/l de polyacrylate de sodium et que dans un deuxième temps on a éteint de la chaux vive au moyen de cette solution jusqu'à obtention d'une viscosité de 800 centipoises. Le lait ainsi obtenu avait une concentration en Ca (OH) 2 d'environ 65- 70% en poids.
Par filtration on a récupéré de ce lait des particules de Ca (OH) 2 telles que représentées aux figures 2 et 3. Ces particules se présentent sous la forme d'un ensemble ou amalgamme de microfeuilles.
Ces microfeuilles avaient une épaisseur de l'ordre de 0, 1 à 0,2 pm. Ces microfeuilles présentaient une face inférieure et une face supérieure parallèles entre elles. La surface desdites faces était d'environ 25
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2 à 50 m2.
Le tableau suivant donne la répartition granulométrique du lait de chaux préparé dans cet exemple et la répartition granulométrique d'un lait de type classique.
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TABLEAU
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<tb>
<tb> lait <SEP> selon <SEP> lait <SEP> de <SEP> chaux
<tb> l'exemple <SEP> classique
<tb> 1% <SEP> Ca <SEP> (OH) <SEP> 65 <SEP> - <SEP> 70 <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 35
<tb> en <SEP> poids
<tb> 1% <SEP> en <SEP> poids
<tb> Ide <SEP> particules
<tb> Ide <SEP> granulométrie
<tb> 1+ <SEP> de <SEP> 500 <SEP> pm <SEP> 5
<tb> 1+ <SEP> de <SEP> 250 <SEP> pm <SEP> 17
<tb> 1+ <SEP> de <SEP> 200 <SEP> m <SEP> 25
<tb> 1+ <SEP> de <SEP> 100 <SEP> m <SEP> 36
<tb> 1+ <SEP> de <SEP> 80 <SEP> 1m <SEP> 40
<tb> 1+ <SEP> de <SEP> 10 <SEP> 1m <SEP> 5
<tb> 1+ <SEP> de <SEP> 5 <SEP> m <SEP> 15
<tb> 1+ <SEP> de <SEP> 2 <SEP> m <SEP> 50
<tb>
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Comme on le voit du tableau ci-avant,
le lait suivant l'invention de cet exemple se caractérise par la présence de particules ou grains dont la granulométrie moyenne est de loin supérieure à 20 pm (d'environ 50 pm). En fait plus de 80% en poids des particules ont une granulométrie supérieure à 20 pm. Un nombre important de particules ont une granulométrie supérieure à 250 pm.
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Exemple n 3
On a répété l'exemple 1 si ce n'est qu'on a utilisé une solution contenant 20 g/l du MgS04. 7H20 au lieu d'une solution contenant 10 g/l de CASO 4 1/2 H2 0.
On a ainsi pu préparer un lait de chaux contenant
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environ 65% en poids de Ca (OH) 2.
Malgré la présence d'une quantité importante de grains présentant une granulométrie supérieure à 200 pm, on a remarqué qu'un tel lait de chaux présentait une excellente stabilité, à savoir plus de 24 heures en l'absence d'agitation et plus de 15 jours en présence d'une légère agitation (100 tours/minutes).
Le tableau suivant reprend la viscosité du lait de chaux placé dans une cuve et soumis à une légère agitation.
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<tb>
<tb> temps <SEP> de <SEP> séjour <SEP> viscosité
<tb> (jours) <SEP> centipoises
<tb> 1 <SEP> 315
<tb> 2 <SEP> 310
<tb> 3 <SEP> 320
<tb> 4 <SEP> 315
<tb> 5 <SEP> 307
<tb> 6 <SEP> 315
<tb>
Un tel lait de chaux grâce à sa stabilité peut dès lors être facilement transporté par camion citerne et déchargé de celui-ci.
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Exemple n 4
On a répété l'exemple 2 si ce n'est que l'on n'a pas maintenu la température du milieu à environ 40 OC.
Le tableau suivant donne la température du milieu après ajout de 150 g de CaO dans 600 ml d'une solution aqueuse contenant éventuellement du CaS04 et du polycarbonate de sodium.
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<tb>
<tb>
Additif
<tb> t <SEP> f
<tb> CaSO4.1/2H2O <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> g/l <SEP> 1 <SEP> 10 <SEP> g/lj
<tb> polycarbonate <SEP> de
<tb> sodium <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> g <SEP> 2 <SEP> g
<tb> 1 <SEP> température <SEP> c <SEP> après
<tb> X <SEP> minutes
<tb> f <SEP> f
<tb> 0 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 20
<tb> 1 <SEP> 48 <SEP> 40 <SEP> 37
<tb> 3 <SEP> 54 <SEP> 49 <SEP> 44
<tb> 5 <SEP> 60 <SEP> 55 <SEP> 48
<tb> @
<tb>
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Cet exemple montre que, bien qu'il ne soit pas possible de produire des grains de Ca (OH) 2 suivant l'invention en l'absence d'un polyanion (polycarbonate de sodium), le CASH 4 permet de réduire la vitesse de réaction d'hydratation de la chaux et donc de réduire la vitesse de libération de chaleur lors de cette réaction.
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D'autres exemples de procédé de préparation suivant l'invention ont été effectués. Dans ces exemples on a utilisé : Cad,,, MgCl,, comme matières libérant un anion d'un acide minéral ; des sels de sodium et/ou d'ammonium d'acide polycarboxylique et des sels mixtes d'acide acrylique polymère en tant que matières libérant un polyanion, et MgO et CaO. MgO comme matières de départ à éteindre pour la préparation du lait.
Ces exemples ont montré qu'en utilisant ces matières il était possible d'obtenir des laits à haute concentration en matière sèche (60 à 70%) et présentant une viscosité inférieure à 1000centipoises (lOPa. s).
Le lait de chaux suivant l'invention, en particulier grâce à la forme et la taille de ses particules (microfeuilles, macropores, granulométrie importante, faible teneur en eau (25 à 30%) est avantageusement utilisé pour le traitement d'effluents industriels tels que des effluents acides (liquides ou gazeux), des effluents contenant des métaux lourds, etc.
Les grains suivant l'invention en particulier la partie de ceux-ci présentant une granulométrie supérieure à 200 microns sont avantageusement utilisés pour réaliser des lits filtrants. De tels grains ont une faible surface spécifique (9 m2/g contre 20 à 25 m2/g pour du Ca (OH) 2 d'un lait classique) mais présentent des macropores ou cages de 20 à 50 pm.
Enfin, par broyage humide des grains d'un lait de chaux, filtration et séchage on a obtenu un mélange de micro feuilles de. Ca (OH) 2. De telles microfeuilles vu leur faible épaisseur (0,2 à 0,3 pif) et vu leur surface (25 à 30 pm) sont avantageusement utilisées dans la fabrication de films, feuilles en
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matières synthétiques, cellulosiques, (papier,....) etc. De telles microfeuilles agissent en tant que retardeur de flamme.