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PROCEDE DE DEFIBRAGE ET LAVAGE SIMULTANES OU DE RAFFINAGE DE MATIERES
FIBREUSES ET INSTALLATION POUR LA REALISATION DU PROCEDE.
La présente invention se rapporte à un procédé de défibrage et de lavage simultanés de matières fibreuses textiles et autres (animales, vé- gétales ou minérales) et à une installation pour la mise en pratique du pro- cède. Elle se rapporte également à un procédé de raffinage de fibres textiles et autres, en pâtes.
Il est bien connu en papeterie, que tous les déchets textiles (chiffons vieux ou neufs, de laine, jute, lin, chanvre ou coton, cordages en sisal, ramie, etc.) constituent de loin les matières premières les plus difficiles à transformer en demi-pâte.
S'il s'agit de déchets neufs, on leur fait en général subir une cuisson préalable, dans le double but de faciliter leur défibrage ultérieur et de les débarrasser des matières non cellulosiques, afin d'impartir aux produits finis des propriétés spéciales.
Dans certains cas, le défibrage s'effectue directement sur les déchets neufs incuits, ceux-ci étant assez propres pour ne pas nécessiter de désincrustation par cuisson.
Ce défibrage de textiles incuits est toujours une opération longue, coûteuse et difficileo
Dans le cas de déchets usagés, vieux chiffons, débris de cordages, etc., une cuisson est toujours nécessaire avant défibrage, sauf dans le cas de la fabrication de feutres bon marché où les exigences de propreté et de pureté sont beaucoup moins élevées, que pour les¯ papiers et cartons.
En toutes hypothèses, avec ou sans cuisson préalable, l'emploi de vieux chiffons nécessite, pour la fabrication de demi-pâtes, des quantités très considérables d'eau claireo
On admet qu'il faut utiliser de cent vingt-cinq à quatre cents mille litres d'eau claire pour l'obtention d'une tonne de pâte propre à par-
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tir de chiffons blancs usagéso
A noter que le lavage sur piles n'est jamais absolument parfait.
Du point de vue des appareils défibreurs p our déchets textiles de papeterie, il faut distinguer deux cas selon que les matières sont cuites ou non.
1/ Déchets non cuits.
Deux classes d'appareils sont utilisés: piles défileuses et défibreurs à disques.
Les inconvénients de piles sont les suivants: grand encombrement, prix élevé, production discontinue.
Le lavage des matières peut s'effectuer sur piles, en cours de défibrage avec l'inconvénient déjà énoncé d'une énorme consommation d'eau.
Quant aux défibreurs à disques ou couronnes dentées, leur prix est également élevé et leur entretien coûteuX, pour des productions faibles par rapport aux forces motrices absorbées.
D'autre part, pour des matières sales, un lavage ultérieur sur piles est toujours nécessaire après le défibrage sous disques.
2/ Déchets cuits.
Il existe plusieurs appareils connus en papeterie p our le défibrage de déchets textiles cuits.
Il serait trop long d'en exposer tous les avantages et inconvénients.
Le procédé, objet de la présente invention, a comme caractéristique essentielle que, pour défibrer et laver simultanément les matières traitées, ou encore pour les raffiner, on fait usage d'un ou de plusieurs broyeurs à marteaux ou autres broyeurs à percussion (Carr, croix percutante, etc. ) dans lesquels les matières sont travaillées avec addition de quantités d'eau de préférence de l'ordre de 20 à 1.000 litres d'eau par kilogramme de matière sèche introduite dans le broyeur.
Par le terme "broyeur à marteaux" on entendra d'une manière générale, pour la simplification de l'exposé, tout type de broyeur où la réduction du produit traité est effectuée par l'impact d'éléments durs mobiles, heurtant la matière à grande vitesse et provoquant sa division, essentiellement par l'effet de percussion.
Ceci inclut les broyeurs à croix percutante, les broyeurs Carr à cages d'écureuil, etc., et tous les types divers d'appareils basés sur le même principe de broyage par percussion.
Le broyeur à marteaux oscillants représente la formule la plus moderne de cette technique; c'est également la machine qui, dans le procédé exposé, permet d'obtenir les meilleurs résultats.
Jusqu'à présent, les broyeurs à marteaux ont toujours été employés sur des matières sèches ou légèrement humides, mais non pas avec addition de très grandes quantités d'eau, ni sur des matières empâtées, à haute dilution, telles que des pâtes à papier. Leur travail normal, lorsqu'ils opèrent dans des conditions classiques consiste à concasser, pulvériser ou broyer, des matières quelconques, fibreuses ou non.
Contrairement au travail de défibrage, où la fibre individuelle est respectée, le travail du broyeur à marteaux, lorsqu'il est effectué à sec ou en l'absence de quantités massives d'eau, détruit, pour peu qu'il soit poussé, les fibres de matières traitées en les cassant par chocs suc- cessifs.
On peut dire que, travaillant à sec, il est impossible de réduire une matière en fibres élémentaires dans un broyeur à marteaux, sans rac-
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courcir ces fibres de manière telle qu'elles en deviennent impropres à la plu- part des usages papetierso C'est ce qui a occasionné d'ailleurs l'abandon quasi universel des broyeurs à marteaux en papeterieo
Lorsque, comme proposé par l'invention, les matières sont travail- lées en présence de grandes quantités d'eau le genre de réduction effectuée par le broyeur à marteaux change complètement de nature.
Le choc des marteaux effectue une désintégration de la structure de la matière mais l'action en quelque sorte plastifiante de l'eau protège les fibres individuelles de la destruction, inévitable en milieu sec.
Le même phénomène a lieu par projection de la matière contre les parois de la chambre fixe de broyageo
Outre cette action de désintégration par percussion où l'eau pro- tège la fibre de la destruction, on assiste encore à un phénomène de défi- brage purement hydrauliqueo
Les marteaux ou fléaux, par leur mouvement rapide donnent nais- sance à des filets aqueux à grande vitesse, dont la direction est continuel- lement changée par les interactions successives entre eau, marteaux et parois de la chambre de broyage.
Cette action hydraulique très violente désintègre la matière tout en respectant la longueur des fibres individuelleso
L'eau outre son rôle de plastifiant de la fibre, outre également son action désintégrante remplit encore les fonctions d'agent extracteur, remplaçant en cela l'air sous pression dans le travail classique à sec, avec ventilateur d'extraction.
Il est à noter que la vitesse de rotation du ou des marteaux doit être au minimum de 3.000 tours/minutes pour des diamètres normaux du rotor de battage.
La figure 1 donne une représentation schématique d'un broyeur à marteaux du type classique.
Sur cette figure, on a représenté: en 1 la chambre de broyage, en 2 des éléments métalliques, dentelés ou non, formant revêtement intérieur de la chambre de broyage, en 3 la goulotte ouverte ou le plan incliné de chargement, en 4 le rotor porte-marteaux, en 5 le tamis blutoir, en 6 l'orifice de sorties en 7 le ventilateur extracteur.
Suivant l'inventionsun tel broyeur est approprié au travail en milieu liquide habituellement aqueux.
A cet effet, il faudra tout d'abord rendre étanche la chambre de broyage et dans ce but protéger par des boites à bourrages et des joints appropriés les roulements ou les paliers de l'arbre porte-marteaux.
Dans l'exemple représenté par la figure 2, l'amenée de l'eau se fait par une tuyauterie 8 comportant une arrivée d'eau ou d'un autre liquide et disposée à l'intérieur d'une hotte étanche 9 à laquelle la matière sèche est amenée par une conduite 10. Cette hotte est en liaison avec la chambre de broyage 1 par un plan incliné 11 étanche également qui en fait partie intégrale.
Une caractéristique importante d'un broyeur ainsi modifié en vue de la mise en pratique du procédé est que la chambre de broyage est munie
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d'un revêtement 12 en matière abrasive, de préférence à grains épais.
Ce revêtement remplace le revêtement métallique des broyeurs classiques et permet d'obtenir de bien meilleurs résultats, tant pour la rapidité que pour la qualité du défibrage.
Enfin, le ventilateur d'extraction a été supprimé.
Dans la variante suivant la figure 3, l'eau est amenée par un tuyau 13 qui débouche d'une manière tangentielle dans le conduit 10 d'amenée des matières, sèches ou en pâte.
La figure 4 représente le schéma d'ensemble d'une installation dans laquelle le procédé est mis en application.
Ce schéma est donné à titre purement exemplatif.
Les déchets textiles amenés en F sont préalablement coupés au coupe-chiffons 14 suivant la pratique courante ; sont tout d'abord déchi- quetés très grossièrement à sec, soit dans un défibreur à disques, soit dans un broyeur à marteaux 15 équipé de tamis-blutoirs à perforations circulaires de 30 à 40 mm de diamètre.
Ainsi déchiquetées, les matières sont prêtes au défibrage et au lavage proprement dito
A cet effet, dans l'exemple représenté, les matières sont amenées par un ventilateur 16 à un broyeur à marteaux 17 à travail humide du type général représenté par les figures 2 et 3 auquel l'eau de dilution est amenée par un tuyau 18.
Ce broyeur humide 17 est suivi d'un épaississeur 19 de type quelconque qui ramène la pâte à une concentration à laquelle elle peut être stockée et qui en même temps, enlève avec l'eau de dilution, les impuretés et saletés, qui s'y trouvent en suspension ou solution.
L'eau employée pour le défibrage et le lavage est en général recyclée en continu tandis que la pâte est déversée de l'épaississeur 19 dans un cuivier 20.
A cet effet, on prévoit une p ompe 21 qui ref oule l'eau vers un réservoir 22 muni d'un trop-plein 23 pour l'écoulement de l'eau sale excédentaire et d'une arrivée d'eau fraîche 24. Un tuyau 25 relie le réservoir 22 et le broyeur humide !7
On peut évidemment prévoir plusieurs broyeurs placés soit en pa- rallèle;, soit et de préférence, en série.
Le nombre d'appareils, pour une finesse de défibrage donnée, sera dicté par la production horaire et le degré de propreté désiréso Données numériques sur le procédé (données à titre d'exemples non limitatifs).
1/ Tamis-blutoirs des broyeurs.
Dans le cas où l'on opère avec un seul broyeur recevant de la matière déchiquetée grossièrement, les tôles perforées servant de tamis auront des p erforations circulaires dont le diamètre pourra varier, suivant le degré de défibrage et la production désirés de 1 à 15 mm.
Dans le cas où le travail se fait avec plusieurs broyeurs dont le premier reçoit de la matière déchiquetée grossièrement, les diamètres des perforations iront en décroissant depuis le premier jusqu'au dernier broyeur.
La première machine aura par exemple des tamis avec perforations de 30 mm, la seconde de 20 mm et la troisième de 10 mm.
L'expérience dictera évidemment le choix des perforations.
Si au lieu d'un ou de plusieurs broyeurs à marteaux on désirait employer par exemple un broyeur Carr, à cages d'écureuils concentriques, sans tamis-blutoirs, c'est évidemment sur les vitesses relatives des cages d'écureuils que l'on agirait pour régler la finesse et la production.
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Il est à noter encore une fois que les meilleurs résultats se- ront invariablement obtenus dans des broyeurs à marteaux oscillants et que seule une nécessité absolue pourrait justifier l'emploi d'autres broyeurs à percussion.
2/ Production pour force motriceo
La force motrice pourra varier suivant la nature des déchets tra- vaillés et traitements antérieurs (cuisson;, macération, etc. ) entre 0,03 et
0,3 CV par kgr/Heure de matière sèche introduite dans les broyeurs.
3/ Consommation d'eau fraîche.
Suivant l'état de saleté des matières traitées et la pureté fina- le désirée, la consommation d'eau peut varier entre 10 et 50 litres par kilogramme de pâte sèche obtenue.
Il est possible en faisant usage des divers dispositifs de purification de l'eau employés en papeterie (save-alls, décanteurs, filtres rotatifs sous vide, ou autres), de réduire la consommation à une fraction des chiffres citéso Avantages du procédé
Outre les avantages qui ressortent de l'exposé ci-dessus et qui s'appliquent d'une manière générale à toutes les matières fibreuses, le procédé permet dans le cas particulier des fibres cellulosiques et tout spécialement dans celui des fibres textiles, d'obtenir une demi-pâte impeccablement défibrée et lavée qui tout en ayant une longueur de fibres très élevée et en permettant un égouttage rapide possède les caractéristiques d'une pâte engraissée.
Des feuilles formées par exemple avec une demi-pâte de chiffon défibrée par le procédé, sans aucun raffinage ultérieur, possèdent un carteux, une résistance à la rupture, à l'éclatement, à la déchirure qui ne sont normalement obtenues, avec des chiffons défibrés par les procédés classiques, qu'après un raffinage assez prolonge.
Ceci est dû au fait que l'action des broyeurs à marteaux à l'état humide, tout en conservant la longueur des fibres, éclate et fibrille considérablement ces dernièreso
En résumé, le procédé permet avec une consommation d'eau et d'énergie relativement réduite d'obtenir à partir de matières fibreuses très impures une pâte parfaitement défibrée, d'une propreté absolue, et possédant des caractéristiques de solidité inaccoutumées.
Le procédé peut s'appliquer non seulement au défibrage et à la préparation de demi-pâtes mais encore au raffinage de pâtes déjà défibrées.
Les résultats typiques suivants ont été obtenus au cours d'essais sévèrement contrôlés:
Une pâte de coton défibrée par un procédé classique d'une part et une pâte dont les matières de base étaient absolument identiques mais qui avaient été traitées par le nouveau procédé, ont été soumises à un traitement de raffinage dans une pile d'essai Banning & Seybold.
Le tableau ci-après donne les résultats des mesures prises sur ces deux pâtes.
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EMI6.1
<tb>
<tb>
A <SEP> B
<tb> Pâte <SEP> de <SEP> chiffons <SEP> préparée <SEP> Même <SEP> pâte <SEP> ayant <SEP> subi <SEP> deux <SEP> passuivant <SEP> procédé <SEP> classique <SEP> ses <SEP> dans <SEP> broyeur <SEP> à <SEP> marteaux
<tb> sans <SEP> cuisson. <SEP> équipé <SEP> de <SEP> tamis <SEP> à <SEP> trous <SEP> de <SEP> 10
<tb> mm <SEP> pour <SEP> la <SEP> lère <SEP> passe <SEP> et <SEP> de <SEP> 4
<tb> mm <SEP> pour <SEP> la <SEP> 2de, <SEP> à <SEP> une <SEP> concentration <SEP> de <SEP> 2 <SEP> % <SEP> pour <SEP> chaque <SEP> pasTemps <SEP> de <SEP> se.
<tb> raffinage
<tb>
EMI6.2
----------------------------------------------- 1¯¯¯----------
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<tb>
<tb> Degré <SEP> Schopper-Riegler <SEP> 14 <SEP> Degré <SEP> S.-R. <SEP> 34
<tb> 15 <SEP> secondes <SEP> Surface <SEP> déclassement
<tb> Lhomme <SEP> et <SEP> Argy <SEP> nulle <SEP> Surf.L. <SEP> & <SEP> A.
<SEP> 14,8 <SEP> M2
<tb>
<tb> Degré <SEP> S.-R. <SEP> 15 <SEP> Degré <SEP> So-Ro <SEP> 49
<tb> 30
<tb> secondes <SEP> Surf. <SEP> L <SEP> & <SEP> A <SEP> nulle <SEP> Surf. <SEP> L <SEP> & <SEP> A. <SEP> 12,4 <SEP> M2
<tb>
EMI6.4
---------------------------------------------------------------------------
EMI6.5
<tb>
<tb> Degré <SEP> S.-R. <SEP> 18 <SEP> Degré <SEP> So-R. <SEP> 59
<tb> 45 <SEP> 8,9 <SEP> M2 <SEP> Surf. <SEP> L <SEP> & <SEP> A. <SEP> 14,4 <SEP> M2
<tb> secondes <SEP> Surf. <SEP> L <SEP> & <SEP> A
<tb>
<tb> 60 <SEP> Degré <SEP> S.-R. <SEP> 21 <SEP> Degré <SEP> S.-R. <SEP> 66
<tb> secondes <SEP> Surf. <SEP> L <SEP> & <SEP> A <SEP> 8,9 <SEP> M2 <SEP> Surf. <SEP> L <SEP> & <SEP> A. <SEP> 13,9 <SEP> M2
<tb>
<tb>
Remarque :
La pâte B avant tout raffinage en pile possédait déjà un degré S.R. de 25, supérieur à celui de la pâte A après 60 secondes de traitement.
D'autres essais ont démontré qu'à degré S.R égal une pâte de fibres textiles défibrée ou raffinée par le procédé, objet de l'invention, possédait des qualités mécaniques supérieures à celles d'une pâte identique traitée classiquement.
Dans le cas particulier des fibres cellulosiques et spécialement dans celui des fibres textiles, il sera possible de varier les caractéristiques du raffinage obtenu, allant d'un simple travail de séparation complète des aggrégats fibreux et de mise en suspension totale, à un travail d'engraissement très considérable.
Tous autres facteurs restant inchangés, c'est la concentration de la pâte qui déterminera l'engraissement.
Pour un travail de raffinage avec séparation et mise en suspension et avec un minimum d'engraissement, on travaillera la matière à une concentration inférieure à 1 %
Si au contraire, on désire obtenir, outre la séparation complète des fibres individuelles et leur mise en suspension, un effet d'engraissement, il est indiqué de travailler à des concentrations comprises entre 1 et 5 %.
REVENDICATIONS.
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