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"PROCEDE DE FABRICATION DE MATIERES CELLULAIRES"
La présente invention concerne un procédé de fabrication de corps cellulaires légers et, en particulier, un procédé de fabrication de corps cellulaires légers utiles comme isolation thermique et ayant de meilleures propriétés d'isolation.
L'isolation thermique en verre cellulaire présente de nombreuses caractéristiques avantageuses comparativement à d'autres types d'isolations thermiques. Le verre cellulaire est une matière inorganique légère à cellules fermées ayant une haute résistance au feu, à l'humidité, à la vermine et d'autres éléments néfastes, tandis qu'il présente des propriétés isolantes souhaitables le rendant particulièrement approprié comme matériau d'isolation et pour d'autres produits utile*!. Antérieurement, on a fabri-
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qui des dalle* et des blocs en verre cellulaire en pulvérisant de* particule* de verre contenant une importante quantité de sulfates en une granulométrie relativement fine.
Au coure de la pulvérisation on ajoute un agent de formation de structure cellulaire tel que le noir de carbone ou analogues. La charge finement broyée cet ensuite soumise à une température élevée d'environ 871 C pendant une période auf- fiaante pour que les particules de verre puissent ramollir et s'agglomérer. Le carbone et le sulfate réagissent pour former des bulles de gaz enfermé dans la masse agglomérée, formant ainsi un corps cellulaire. Ce corps cellulaire est ensuite refroidi dans des conditions réglées pour soumettre le verre cellulaire à un recuit.
Le verre cellulaire fabriqué conformément au procédé ci-dessus présente une densité réelle d'environ 0,14418 g/cm3, ainsi qu'une conductivité thermique ou un facteur k à une température moyenne d'environ 23,89 C d'environ 1,953 Cal/h/m2/ C/minute et il a été largement employé comme isolation thermique.
Dans l'industrie, on a visé à fabriquer des corps cellulaires légers ayant les propriétés désirées ci-dessus du verre cellulaire à partir de matières autres que le verre pulvérisé ou obtenu naturellement. La fabrication du verre cellulaire nécessite tout d'abord la fabrication d'un verre à partir de matières premières. La fabrication du verre est un procédé relativement coûteux et elle nécessite des investissements élevés pour l'appareillage, notamment des réservoirs de fusion et analogues, ces réservoirs de fusion devant être renouvelés périodiquement, entrainant ainsi des frais très élevés.
Les constituants utilisés pour la fabrication du verre comprennent habituellement la silice, la chaux et le carbonate neutre de sodium anhydre, ainsi que des ingrédients mineurs tels que l'alumine, la potasse et le borax, ces ingrédients mineurs exerçant des effets
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importants sur la viscosité du verre fondu et la durabilité chimique de la matière cellulaire finie. On chauffe les constituante à une température d'environ 1538 C, à laquelle il se forme une masse liquide.
La masse est maintenue à cette température pendant une période comprise entre 14 et 18 heures, afin de faciliter l'homogénéisation de la matière très visqueuse* Le verre formé par le procédé ci-dessus est ensuite refroidi, pulvérisé et utilisé comme ingrédient de base dane la fabrication de corps en verre cellulaire. Des dépenses importantes sont consacrées tout d'abord pour fabriquer le verre, puis le pulvériser en vue de former la matière première à base de verre pulvérisé pour la fabrication du verre cellulaire.
On a décrit dee procédée en vue de provoquer l'expension du verre volcanique ou naturel en corps cellulaires.
Par exemple, le brevet américain n 2.946.693 décrit un procédé en vue de mélanger du Na2NO3 et du NaOH avec du verre volcanique naturel finement broyé tel que l'idolite, le mélange étant ensuite chauffé à une température d'environ 816 C, à laquelle il se forme une structure cellulaire.
Le produit cellulaire obtenu comporte à la fois des cellules ouvertes et fermées. On sait que le verre naturel tel que le verre volcanique présente la propriété inopportune d'avoir une très faible durabilité chimique et d'être inapproprié pour de nombreuses utilisations, principalement par suite de sa composition chimique inadéquate.
Avec un verre naturel, les ingrédients ont été naturellement fixés et le fabricant a peu de latitude pour choisir les ingrédients permettant d'obtenir les propriétés désirées pour les corps cellulaires. Lorsqu'on ajoute d'autres ingrédients au verre naturel en vue d'améliorer ses propriétés physiques, on soumet le verre naturel au même traitement en réservoir de fusion que celui utilisé
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lors de 1% T¯%?T1C=!iC^ classique du #vr6. Des recherches poussées sont poursuivies en vue de trouver un verre naturel ayant des propriétés souhaitables telles qu'une durabilité chimique et analogue.
C'est pourquoi, il est nécessaire de trouver un procédé en vue de fabriquer des corps cellulaires légers ayant des propriétés désirées telles qu'une durabilité chimique et analogues à partir de matières naturelles pouvant être obtenues aisément.
Antérieurement, des propositions ont été énoncées en vue de préparer des matières cellulaires légères à partir de matièrea minérales naturelles non vitreuses constituées
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principalement de Si02 et de AI203* Dans la mesure des con- naissances actuelles, aucun des procédés proposés n'a été utilisé à l'échelle commerciale.
Dans le brevet américain n 2.485.724, ayant pour titre "Procédé de fabrication de matières cellulaires légères" du 25 octobre 1949 et dans le brevet américain n 2.611.712, ayant pour titre "Procédé
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de préparation d'un corps en verre cellulairen du 23 septem- bre 1952, on déorit des procédés de fabrication d'une matière cellulaire à partir de matières minérales naturelles contenant de la silice, de l'oxyde d'aluminium et des oxy-
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des de métaux alcaline, etout-à-dire des matières minérales naturelles, fusibles# vitreuses et cristallines à base dtalcali/aluminate/silicate,
dont les coupnaitions ce aituent dans les intervttilea suivante SiO2 60-77
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AI a03 iras Oxydes de métaux 10.11ft8 6-Bt Le procédé de fabrication de corps cellulaires
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à partir de matières minérales naturelles cimdesous oomprend les étapes consistant à broyer les matières minérales en un état fineaMnt divise, puis 6lstr un *een% de fera)*tien de structure cellulaire soi quo la noir de carbone, le
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noir de fumée ou analogues. On suggère également d'employer d'autres additifs formateurs de gaz tels que le carbonate de calcium et le sulfate de calcium.
Le mélange de la matière minérale naturelle et de l'agent de formation de structure cellulaire est introduit dans un moule approprié, puis il est chauffé à une vitesse réglée et à une température comprise entre 816 et 927 C, température à laquelle le mélange se transforme en cellules et forme une masse cellulaire cohérente. Les corps cellulaires sont ensuite refroidis à une vitesse réglée dans un four de recuit.
Les procédas décrits dans ces brevets sont des procédés à une seule étape dans lesquels les matières minérales naturelles et l'agent de formation de structure cellulaire sont chauffés à une température comprise entre 760 et 1038 C, à laquelle le mélange forme un corps cellulaire.
Le brevet américain n 2.890.126 décrit un procédé de fabrication de verre cellulaire à partir de silice minérale obtenue naturellement. Dans ce brevet, on suggère d'utiliser du carbure de silicium comme matière carbonée appropriée pour la réaction avec des oxydes en vue de produire des gaz formateurs de structure cellulaire et il est également démontré que l'addition de matières telles que le feldspath et les oxydes de sodium, d'aluminium, etc. diminue la viscosité et permet au frittage et à la formation de structure cellulaire de se produire plus aisément.
Bien que les procèdes ci-dessus permettent d'obtenir des corps cellulaires à partir de matières minérales naturelles, on a trouvé qu'il était impossible de fabriquer des corps cellulaires levers ayant des propriétés souhaitables à partir de matières aisément disponibles telles que la silice et les cendres volantes.
Les produits obtenus en soumettant des matières premières non traitées ou naturelles telles que la silice ou les cendres volantes aux procé-
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dés ci-dessus (bien que d'un aspect cellulaire) présentent une structure cellulaire irrégulière, une conductivité thermique relativement élevée et une densité relativement élevée, de sorte que le produit ne subit pas une comparaison favorable avec les corps en verre cellulaire fabriqués à partir d'une matière première en verre. C'est pourquoi, il est toujours nécessaire de trouver un procédé de fabrication de corps cellulaires légers ayant des propriétés isolantes souhaitables à partir de matières non traitées ou naturelles, peu coûteuses et aisément disponibles.
A présent, de façon étonnante, la demanderesse a trouvé qu'en soumettant les matières à une température élevée pendant une courte période, avant de les mélanger à l'agent de formation de structure cellulaire, on pouvait obtenir une matière cellulaire légère ayant des propriétés physiques comparables à celles du vsrre cellulaire fabriqué à partir de verre pulvérisé. Antérieurement. il cet toujours apparu nécessaire d'élever la température des ingrédients utilisés pour fabriquer le verre à une température suffisamment élevée pour former un liquide vi8queux. Dans cet état fondu, il faut employer, pour la manipulation, un réservoir en verre très coûteux.
On a estimé qu'il @@ait nécessaire de recourir à une haute température et à u état fondu pour fixer les ractiona se produisant lors de la fabrication du verre. Par le procédé décrit dans la présente invention, de façon étonnante, on a trouvé que, pour les nécessité* d'un procédé de fabrication de verre cellulaire, des effets équivalant aux réactions ce produisant dans un réservoir de fusion pouvaient être amenée à se produire à des températures beaucoup plue basses, pour autant que les matières soient mélangées et broyées convenablement,
ce qui simplifie considérablement le problème de manipulation de la matière chauffée et offre des avantagée économiques importante.
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Dès lors, on peut à présent traiter les matières premières sans liquéfaction et obtenir les propriétés souhaitables requises pour la formation ultérieure de structure cellulaire.
En conséquence, l'objet principal de la présente invention est de fabriquer des corps cellulaires légers à partir de matières peu coûteuses et aisément disponibles en soumettant ces dernières à une température élevée pendant une période relativement courte et prédéterminée, puis en mélangeant les matières traitées avec un agent de formation de structure cellulaire et en chauffant le mélange à une température de formation de structure cellulaire pendant une période prédéterminée, tout en exerçant en môme temps un contrôle sur la composition du verre dans le produit cellulaire fini, cette composition pouvant varier pour régler les propriétés du produit fini en fonction d'un besoin particulier spécifié.
Un autre objet de l'invention est d'utiliser des cendrea volantes comme un des constituants principaux dans la fabrication de corps cellulaires légers.
Un autre objet de l'invention est de traiter des matière* premières siliceuses avant la formation de structu- re cellulaire afin de détruire une importante partie de la caractéristique cristalline, de telle sorte que les corps cellulaires formée à partir de ces matières aient une meil- leure conductivité thermique.
Ces différente objets et avantages de la présente invention, ainsi que d'outrée, seront décrits et dévoilée plue complètement dans la spécification suivante les dessine annexée et les revendications ci-après.
En résumé, l'invention consiste à mélanger et broyer les matière@ oristallines siliceuses non traitée$ en une granulemétrie relativement fine. Ensuite, on chauffe
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les matières broyées à une température élevée pendant une période suffisante pour détruire une importante partie de la caractéristique cristalline des matières, puis former un mélange ou un eutectique relativement non cristallin.
Ensuite, on broie le mélange et on le mélange avec un agent de formation de structure cellulaire, puis on le soumet. une température élevée pendant une période suffisante pour former un corps cellulaire. Le corps cellulaire possède les propriétés souhaitables d'une matière cellulaire fabriquée à partir de verre pulvérisé et il est utile comme isolation thermique.
Dans les dessine annexée la figure 1 est un schéma synoptique du procédé de la présente invention; la figure 2 est un schéma illustrant la succes- sion des différentes étapes d'un procédé de fabrication des corps cellulaires améliorée; la figure 3 est un tracé d'un diagramme de diffraction aux rayons X des matières non traitées utilisées pour fabriquer une matière cellulaire par le procédé illustré et décrit dans la présente spécification; la figure 4 est un tracé d'un diagramme de diffraction aux rayons X d'un corps cellulaire formé en soumettant un mélange des matières non traitées et d'un agent de formation de structure cellulaire à une température de formation de structure cellulaire;
la figure 5 est un tracé d'un diagramme de diffraction aux rayons X des matières non traitées après les avoir calcinées à une température élevée pour détruire les propriétés cristallines des matières premières et la figure 6 est un tracé d'un diagramme de diffraction aux rayon, x d'un corps cellulaire fabriqué suivant l'invention décrite dans la présente spécification.
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. Pour l'objet de la prêtent* invention, comme constituants de la matière première, on peut employer différentes matière* minérales contenant de la silice cristalline.
Les constituants peu coûteux et aisément disponibles sont préférée. Par exemple, on a trouvé que des cendres volantee pouvaient être cellulées suivant le procède décrit pour former un corps cellulaire léger. Le sable, qui ont une forme de silice cristalline, peut également être cellule suivant le procédé décrit. Pour certaines propriétés souhaitables ducorps cellulaire, des mélanges de cendres volantes et de silice cristalline (deux matières aisément disponibles et peu coûteuses) peuvent être mélangés dans différentes proportions et cellules pour former des corps cellulaires.
Les cendres volant&s sont les fines cendres résultant de la combustion de charbon pulvérisé recueilli dans les cheminées des centrales électriques classiques.
Une composition typique des cendres volantes est la suivante:
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<tb>
<tb> Constituants <SEP> Parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> SiO2 <SEP> 51,1
<tb> Fe2O3 <SEP> 10,9
<tb> A1203 <SEP> 29,2
<tb> P2O5 <SEP> 0,4
<tb> CaO <SEP> 1,6
<tb> MgO <SEP> 0,6
<tb> SO3 <SEP> 0,5
<tb> Pertes <SEP> au <SEP> feu <SEP> à <SEP> 750 C <SEP> 4,5
<tb>
Pour plus de facilité, dans la présente spécification et les revendications ci-après, l'expression "cendres volantes" sera utilisée pour désigner les cendres de charbon pulvérisé contenant au moins certains des constituants cidessus et pouvant être cellulées suivant le procédé décrit.
La composition finale des cendres volantes peut varier avec les types de charbons soumis à la combustion dans les con-
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frôlée. Toutefois, on suppose que, lorsque les cendres volan-
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tee contiennent du sio2# du Fe2' et de 1*Al2030 on peut former, à partir de ces cendres, une matière cellulaire appropriée. Il est toutefois entendu que l'invention englobe des mélangée de SiO2 et d'oxydes métallique@, formulée ou obtenue naturellement.
La demanderesse a trouvé que l'on pouvait faire varier lee proportions dee constituante et obtenir un corps cellulaire approprié par le procédé décrit. Des corps cellulaires ayant des propriétée physiques comparables au verre cellulaire formé à partir de verre pulvérisé peuvent être obtenue avec les matières décrites ci-après. Sauf indication contraire, toutes les proportions sont des parties en poids.
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<tb>
<tb>
Constituants <SEP> Parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> Silice <SEP> (SiO2) <SEP> 45 <SEP> - <SEP> 80
<tb> Fe2O3 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2 <SEP>
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> (Na2CO3) <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 50
<tb>
EMI10.3
Borax, anhydre (a20.zUZO3) O - 5
EMI10.4
<tb>
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> (NaCl) <SEP> O- <SEP> 1 <SEP> 1
<tb>
Les proportions pondérales de SiO2 et de Fe2O3 englobent le SiO2 et le Fe2O3 présents dans les cendres volantes constitutives.
On donnera ci-après une formulation préférée des constituants ci-dessus :
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<tb>
<tb> Constituants <SEP> Parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> Cendres <SEP> volantes <SEP> 50
<tb> Silice <SEP> (SiO2) <SEP> 35
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> (Na2CO3) <SEP> 15
<tb> Borax, <SEP> anhydre <SEP> (Na2O.2B2O3) <SEP> 1
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> (NaCl) <SEP> 0,5
<tb>
La proportion pondérale de silice n'englobe pas le (Si02) présent dans les cendres volantes.
En se référant à la figure 1, le procédé de fabri-
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cation d'un corps cellulaire à partir des constituante cidessus peut être mis en oeuvre en mélangeant convenablement les conetituants finement divisés dans une sone de mélange.
Ensuite, on calcine le mélange à une température comprise entre 927 et 1260 C pendant une période suffisante pour pro- voquer l'interaction entre les constituante et dissoudre une importante partie de la matière cristalline du mélange.
A la température choisie pour cette interaction, la masse de matière n'est pas fondue dane le sens du verre classique et elle peut être manipulée dans un four rotatif au lieu de recourir au procédé habituel en réservoir en verre, qui est beaucoup plus coûteux et beaucoup plus lent. La durée pendant laquelle le mélange est calciné dépend de la température à laquelle la matière est calcinée. Par exemple, à 1260 C, une interaction suffisante se produit en une période d'environ la minutes. Après avoir calciné le mélange pendant la période désirée, on le refroidit à une vitesse relativement rapide, pour empêcher la recristallisation.
@ température inférieure à 371 C, la matière calcinée est ensuite broyée en une granulométrie relativement fine, puis elle est mélangée avec 0,1 à 0,5 partie en poids de carbone sous forme de noir de carbone, de noir de fumée ou d'autres formes de matières carbonées réagissant avec un agent libérant de l'oxygène, pour former un gaz.
Il est à noter que les cendres volantes contiennent une faible quantité de carbone sous forme de charbon carbonisé contribuant, en tant qu'agent de formation de structure cellulaire, au procédé permettant d'obtenir cette structure Le mélange des constituants calcinés et du carbone est mélangé convenablement, puis chauffé à une vitesse réglée, à une température comprise entre 927 et 1093 C. A cette température élevée, le mélange s'agglomère et l'agent de formation de structure cellulaire réagit pour former un
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çorps cellulaire. Le corps cellulaire est ensuite soumis à un recuit à une température comprise entre 482 et 649 C, pendant une période suffisante pour supprimer les tensions de la matière formant les parois des cellules.
Les corp'' cellulaires ainsi formée ont des propriétés physiques comparables au verre cellulaire obtenu à partir d'une matière première en verre pulvérisé.
Il est entendu que les constituants peuvent être calcinés dans n'importe quel type d'appareil approprié, par exemple un four rotatif, une bande métallique sans fin ou d'autres appareils de calcination bien connus. Le mélange calciné peut ensuite être cellule par un procédé classique dane lequel la matière calcinée mélangée au carbone est placée dans un moule, puis chauffée, dans un four classique, à la température de formation de structure cellulaire. Les corps cellules peuvent être ensuite retirés des moules et soumis à un recuit dans un four de recuit classique. Un certain nombre do procédés ont été proposés pour la formation continue de verre cellulaire. La présente invention peut également être mise en oeuvre conjointement avec l'un ou l'autre de ces procédés proposés.
A la figure 2, on représente schématiquement un diagramme des différentes étapes au coure desquelles les pastilles des constituante de déport sont calcinées dans un four rotatif. Des matières, par exemple 50 parties en poids de cendres volantes, 35 parti..
de silice, 15 parties de carbonate de sodium, 1 partie de borax et 0,5 partie de chlorure do sodium@ sont tout d'abord broyées dans un broyeur classique 10, de telle sorte que toutes les parti- cules passent à travers un *amis standard Tyler à 200 mail- les et 1u'environ 90% on poids passent à travers un tamis standard Tyler à 325 .aille*. La durée requise pour calciner les constituants de départ dépend de leur granulométrie
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particulière.
Dans certaines limites, la calcination des constituants de départ peut être accélérée en les broyant en une fine granulométrie. Les constituants broyés sont ensuite amenés à un broyeur à boulets 12 dans lequel ils sont mélangés convenablement, le mélange étant ensuite transformé en pastilles dans une pastilleuse classique 14 dans laquelle on utilise un liant approprié tel que l'eau ou analogues. En humidifiant le mélange avec de l'eau, on obtient des pastilles appropriées ayant une granulométrie pouvant passer à travers un tamis standard Tyler à 8 mailles et retenues sur un tamis standard Tyler à 16 mailles. La granulométrie des pastilles formées dans la pastilleuse 14 n'est pas critique ; toutefois, de plus grosses pastilles nécessitent une plus longue durée de séjour dans l'appareil de calcination pour ameublir leur nature cristalline.
Les pastilles sont enduites d'un agent de séparation approprié, par exemple al2O3.3H2O.
Les pastilles enduites sont ensuite amenées à un four rotatif et elles sont chauffées à une température comprise entre environ 927 et 1260 C. La durée de séjour dans le four 16 dépend de la température régnant dans le four et de la dimension des pastilles; par exemple, lorsqu'on chauffe des pastilles d'une dimension comprise entre 8 et 16 mailles à une température de 927 C, on a trouvé qu'il fallait une durée de séjour d'environ une heure pour provoquer le changement désiré dans les cristaux de silice.
Lorsqu'on soumet des pastilles de la même dimension à une température de 1260 C, on a trouvé qu'une durée de séjour de 10 minutée était appropriée pour provoquer le changement désiré dans les cristaux de silice*
Les pastilles calcinées ont une densité apparente d'environ 0,56 g/cm3 et une densité réelle de 0,929 g/cm3.
La densité réelle de* pastilles indique qu'il s'est formé,
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dans le four de calcination 16, une certaine formation de structure cellulaire ou un captage d'air. On pense que le carbone présent dans les cendres volantes sert d'agent de formation de structure cellulaire pour celluler partiellement les pastilles au cours de la calcination dans le four 16.
Les pastilles partiellement cellulées ont une haute densité réelle et, bien qu'elles soient utiles, lorsque la conductivité thermique et la densité ne sont pas des facteurs primordiaux, par exemple comme charge pour le béton, leurs propriétés physiques ne subissent pas une comparaison favorable avec les corps cellulaires fabriqués à partir de verre pulvérisé où l'on désire obtenir les propriétés normalement associées au verre cellulaire habituellement fabriqué à l'échelon commercial.
Les pastilles calcinées partiellement cellulées sont ensuite broyées dans un broyeur classique 18 en une granulométrie leur permettant de passer à travers un tamis standard Tyler à 16 mailles. On mélange 0,1 à 0,5 partie en poids de carbone sous forme de granules avec les pastilles calcinées et broyées dans un broyeur à boulets classique 20, puis on les broie en une granulométrie leur permettant do passer à travers un tamis standard Tyler à 325 maill@@ Il est préférable que le mélange de carbone et de pastilles ca@@@nées soit broyé en une granulométrie comprise entre 5 et 8 microns. Le mélange broyé venant du broyeur à boulet.
20 peut ensuite être introduit dans des moule@ classiques résistant à la chaleur 22, pour être ensuite cellulé dans un four 24 à une température comprise entre 927 et 1093 C afin de former des paina ou des bloc* de matière collulaire.
On soumet ensuite les blocs à un recuit dans un four 25 pour éliminer les tensions de la matière collulaire.
Le mélange venant du broyeur à boulet* 20 peut ensuite être transformé en pastilles dans une pastilleuse
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classique 26 dans laquelle on utilise n'importe quel liant approprié. On a trouvé qu'en utilisant du sili.cate de sodium comme liant et en enduisant les pastilles d'un agent de séparation d'Al2O3.3H2O, on pouvait obtenir une pellicule ré- fractaire durable sur les corps cellulaires. Les pastilles enduites formées dans la pastilleuse 26 sont ensuite cellu- 1ées dans un four rotatif 28. Les pastilles .ont soumises à une température comprise entre 927 et 1093 C pendant une période comprise entre 10 minutes et 1 1/2 minute.
La durée de séjour des pastilles dans le four 28, en vue d'obtenir la structure cellulaire désirée, dépend de la dimension des pastilles. Lorsque cette dimension augmente, la durée de séjour dans le four 28 de formation de str@cture cellulaire augmente également. On a trouvé qu'à @@e température d'environ 1038 C, les pastilles étaient cellulées d'une manier* satisfaisante en une durée de séjour comprise entre 2 ot 3 minutes. Les nodules cellulaires formés dans le four 28 Mont ensuite introduits dans une chambre de refroidissement 30, dans laquelle les nodules cellulaires sont refroidis sans chocs thermiques.
Les corps cellulaires (dans ce cas les nodules cellulaires) ont une densité réelle comprise entre environ 0,160 et 0,240 g/cm3 et une densité apparente comprise entre 0,096 et 0,144 g/cm3. Les corps cellulaires formée sous ferme de nodules dans le four 28 ou sous forme de blocs dans 1e four 24 comportant de petites cellules régulières et on% un facteur k d'environ 0,40, avec une densité réelle comprise entre environ 0,16 et 0,24 g/cm3. Les propriétés physiques ci-dessus sont comparables aux propriété physique* des corps cellulaires formée à partir de verre pulvé- risé.
Les exemples suivante illustrent la présente invention.
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EXEMPLE I
Pendant deux heure*, dame un broyeur à boulets, on broie une charge comprenant 50 partie* on poids de cen-
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dreo volante*, 3s partie* en poids de ailiogg 15 parties en poid- de carbonate de sodium, 1 partie en poids de borax anhydre et 0,5 partie en poids de chlorure de sodium. On a soumis les constituante mélangée à une analyse par diffraction aux rayons X. Le procédé au diffractomètre est utilisé dans les conditions suivantes CuKx, 35 kv, 17 ma. Le diagramme de diffraction aux rayons X présentait les crêtes des indices, de l'écartement d et de l'intensité relative ci-après.
Le diagramme de diffraction aux rayons X, dont une partie est reproduite à la figure 3, illustre clairement la présence de cristaux de quartz alpha dans les constituants bruts par les crêtes de l'intensité indiquée aux indices suivants :
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<tb>
<tb> Indices <SEP> Ecartement <SEP> d <SEP> Intensité
<tb> angle <SEP> 20 <SEP> angstroms
<tb> 20,85 <SEP> 4,26 <SEP> 42
<tb> 26,67 <SEP> 3,38 <SEP> 85
<tb> 50,15 <SEP> 1,82 <SEP> 29
<tb>
La charge brute a été séparée en deux échantillons égaux, appelés-'!..échantillon A" et "échantillon D", A l'échantillon A, on a ajouté 0,2 partie en poids de carbone, puis on a malaxé convenablement le mélange et on l'a broyé pendant quatre heures supplémentaires. Le mélange malaxé de l'échantillon A avait une granulométrie moyenne comprime entre 5 et 8 microns.
Le mélange malaxé de l'échantillon A été introduit dans un moule, puis on a chauffé la matière à une température d'équilibre de 816 C. Après avoir atteint l'équilibre, on a chauffé le mélange à raison d'environ
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Structure cellulaire de 1071 C et on l'a maintenu à cette température pendant 5 minutes. Le cycle de formation de Structure cellulaire, après avoir atteint une température d'équilibre de 816 0,comprenait environ 52 minutes.
L'échantillon oellulé a ensuite été placé dans un four de recuit à une température de 4820C et on l'a refroidi progressivement à la température ambiante en une période d'environ 16 heures.
Le produit obtenu à partir de l'échantillon A, qui a été directement cellule sans être calciné, présentait de grosses cellules irrégulières avec de nombreux trous entre les cellules. Les sections de parois entre les cellules étaient relativement épaisses. Le produit cellule avait une haute densité réelle de 0,394 g/cm3, la conductivité thermique a été mesurée à une température moyenne de 29,72 C et le produit avait un facteur k de 3,3105 cal/h/m2/ C/ . On a pratiqué une analyse par diffraction aux rayons X sur l'échantillon cellulaire A et une partie du diagramme est reproduite à la figure 4. On a observé des crdtes aux indices suivants, avec l'intensité indiquée dans le tableau ci-après.
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<tb>
<tb>
Indices <SEP> Ecartement <SEP> d <SEP> Intensité
<tb> angles <SEP> 2 <SEP> angstroms
<tb> 20,85 <SEP> 4,26 <SEP> 4
<tb> 26,65 <SEP> 3,34 <SEP> 16
<tb> 50,15 <SEP> 1,82 <SEP> 4
<tb>
Le diagramme de diffraction aux rayons X de l'échantillon A illustre clairement la présence de cristaux de quarts alpha. On suppose qu'une interaction à hautes températures telle que celle se produisant dans une opéra- tion classique de fusion du verre, est nécessaire avant que le mélange puisse être amené à former une structure cellu- laire appropriée.
Manifestement, à moins que la matière for-
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mant la paroi des cellules de la masse cellulaire ne soit suffisamment vitreuse (en opposition à la nature cristalline), les parois des cellules ne peuvent se former d'une manière appropriée au cours de l'étape de gonflement.
L'échantillon D a été broyé davantage pendant quatre heures, puis il a été calciné pendant une heure à une température de 1260 C. On a soumis le produit calciné à une analyse par diffraction aux rayons X pratiquement dans les mêmes conditions que celles de l'analyse par diffraction aux rayons X de la matière première et de l'échantillon A.
Comme le montre la figure 5, on a observé les crêtes suivantes
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<tb>
<tb> Indices <SEP> . <SEP> Ecartement <SEP> d <SEP> Intensité
<tb> angles <SEP> 2 <SEP> angstroms
<tb> 41,4 <SEP> 2,18 <SEP> 2
<tb> 44,7 <SEP> 2,03 <SEP> 8
<tb>
L'analyse de l'échantillon B par diffraction aux rayons X, après l'avoir soumis à une calcination, indique que les cristaux de quartz alpha ont disparu et l'on pense qu'il se forme un eutectique des constituants, bien que la matière ne soit pas fondue comme l'entend normalement l'hom- me de métier spécialisé dans la technique de fabrication du verre.
Toutefois, l'aspect physique de la matière calcinée était analogue, à de nombreux points de vue, au produit cellule de l'exemple A, en ce sens qu'il y avait de grosses cellules et d'épaisses sections de parois.
L'échantillon calciné B a été ensuite broyé en une granulométrie Lui permettant de passer à travers un tamis standard Tyler à 8 mailles et l'on y a ajouté 0,175 partie en poids de carbone. On a ensuite broyé le mélange pendant six heures jusqu'à ce que les particules aient une granulométrie d'environ 5 microns. On a ensuite placé
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l'échantillon calcine et broyé B dans un moule et on l'a soumis au mime oyole de chauffage que l'échantillon A, pour le oelluler ensuite conformément au oyole de formation de structure cellulaire, aux même* températures et pendant la même période.
Le produit cellule, c'est-à-dire l'échantil- lon B, tout d'abord calciné, puis cellule, avait de petites cellules régulières aveo des sections de parole relativement minces, une densité réelle de 0,1794 g/om3 et une conductivité thermique, meaurée à une température moyenne de 29,86 C, de 2,0448 cal/h/m2/ C/. On a soumis le produit cellulaire à une analyse par diffraction aux rayons X dans les même. coiiditions que l'analyse précédente par diffraction aux rayons X. Le diagramme reproduit à la figure 6 indique la crête suivante à un indice de 44,7. Il n'y avait pratiquement pas de crêtes aux indices de 20,85, 26,65 et 50,15.
L'analyse par diffraction aux rayons X indique clairement que les cristaux de quartz alpha n'étaient pas présents dans les matières.
EXEMPLE II
Pendant environ deux heures, on a broyé, dans un broyeur à boulets, une charge de 100 g comprenant 90 parties en poids de cendres volantes, 10 parties en poids de Na2C03, 2 parties en poids de borax anhydre et 0,5 partie en poids de chlorure de sodium, puis on a calciné cette charge à une température de 10)3 C pendant environ deux heures et 20 minutes. On a mélangé la matière calcinée avec 0,2 partie en poids de carlone et on l'a broyée pendant environ six heures.
On a cellulé un échantillon d'un gramme du mélange à 816 C pendant 5 minutes. Le produit cellulaire avait une densité d'environ 0,160 g/cm3 et un facteur k évalué de 2,0018 cal/h/m2/ C. Les cellules étaient uniformes avec des sections de parois relativement minces.
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EXEMPLE III
On a soumis une charge de 100 g, comprenant 75 parties en poids de SiO2, 20 parties en poids de Na2CO3, 3 parties en poids de borax anhydre, 0,5 partie en poids de NaCl et 2 parties en poids de Fe2O3, pratiquement à la même opération de broyage qu'à l'exemple II, puis on l'a calcinée à une température d'environ 1260 C pendant environ une heure. On a mélangé la matière calcinée avec 0,2 partie en poids de carbone et on l'a broyée pendant une période d'environ trois heures, puis on l'a cellulée à une température de 954C pendant environ 5 minutes. Le produit cellulaire avait une densité d'environ 0,224 g,'cm3 et une conductivité thermique évaluée d'environ 2,1971 cal/h/m2/ C.
Le tableau ci-après indique les constituants de la charge, les conditions opératoires et les propriétés du produit cellulaire obtenu.
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EMI21.1
<tb>
Echantillon <SEP> Opération <SEP> 1 <SEP> Opération <SEP> 2 <SEP> Opération <SEP> 3 <SEP> Opération <SEP> 4 <SEP> Opération <SEP> 5
<tb> Cendres <SEP> volantes <SEP> 10 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 60
<tb> Sable <SEP> 70 <SEP> 75 <SEP> 35 <SEP> 35 <SEP> 25
<tb> Na2CO3 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb> Borax, <SEP> anhydre <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 2
<tb> Sel, <SEP> NaCl <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5
<tb> Autres <SEP> 2 <SEP> Fe2O3 <SEP> 2 <SEP> Fe2O3
<tb> Durée <SEP> de <SEP> Uroyage <SEP> (minu@es) <SEP> 120 <SEP> 120 <SEP> 105 <SEP> 120 <SEP> 120
<tb> Durée <SEP> de <SEP> calcination <SEP> (min)/ <SEP> 75/1260 <SEP> 75/1260 <SEP> 30/982 <SEP> 6o/1093 <SEP> 120/1093
<tb> temp.(oc) <SEP> 45/1093
<tb> Carbone <SEP> * <SEP> 0,2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2, <SEP> 0,4 <SEP> 0,2, <SEP> 0,3, <SEP> 0,2
<tb> 0,
4
<tb> Autres <SEP> * <SEP> 4 <SEP> Al2O3.3H2O
<tb> Durée <SEP> de <SEP> broyage <SEP> (heures)*** <SEP> 6 <SEP> 6 <SEP> 6 <SEP> 6 <SEP> 6
<tb> Durée <SEP> de <SEP> formation <SEP> de
<tb> structure <SEP> cellulaire <SEP> (min)/
<tb> température <SEP> ( C) <SEP> ** <SEP> 5/1038 <SEP> 5/954 <SEP> 15/982 <SEP> 10/1010 <SEP> 10/954
<tb> Densité <SEP> g/cm3 <SEP> 0,224 <SEP> 0,176 <SEP> 0,160 <SEP> 0,176 <SEP> 0,160
<tb> Structure <SEP> cellulaire <SEP> bonne <SEP> bonne <SEP> bonne <SEP> bonne <SEP> bonne
<tb>
Addition au broyeur "Micronex W6" sauf indication contraire.
** Echantillons de 1 g cellules dans un creuset en carbone.
*** Matières calcinées au broyeur.'
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(Tableau suite)
EMI22.1
<tb> opération <SEP> 6 <SEP> Opération <SEP> 7 <SEP> Opération <SEP> 8 <SEP> Opération <SEP> 9 <SEP> Opération <SEP> 10
<tb> 65 <SEP> 70 <SEP> 80,7 <SEP> 85 <SEP> 50
<tb> 15 <SEP> 15 <SEP> 4,7 <SEP> 25
<tb> 20 <SEP> 15 <SEP> 14,6 <SEP> 15 <SEP> 25
<tb> 2222
<tb> 0,6 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5
<tb> 120 <SEP> 120 <SEP> 120 <SEP> 120 <SEP> 33
<tb> 120/1093 <SEP> 120/1093 <SEP> 120/1093 <SEP> 120/1260 <SEP> 60/927
<tb> 0,2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2
<tb> 18 <SEP> 6 <SEP> 6 <SEP> 6 <SEP> 6
<tb> 15/934 <SEP> 20/954 <SEP> 15/982 <SEP> 15/1010 <SEP> 10/982
<tb> 0,176 <SEP> 0,128 <SEP> 0,128 <SEP> 0,144 <SEP> 0,
192
<tb> bonne <SEP> bonne <SEP> bonne <SEP> bonne <SEP> bonne
<tb>
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Bien que la demanderesse ne désire nullement être limitée par la théorie suivante, elle suppose que le procédé décrit ci-dessus permet d'obtenir un produit cellulaire ayant des propriétés souhaitables aux points de vue densité et conductivité thermique, étant donné que les constituants de 1.'. charge sont tout d'abord soumis à une température élevée pendant une période relativement courte, de façon que le métal alcalin du mélange fonde et qu'il soit en contact intime avec lu matière cristalline de quartz alpha. Une importante partie de la manière contenant le métal alcalin réagit avec la matière cristalline de quartz alpha pour former de l'oxyde de sodium, du silicate de sodium ou les deux.
Une importante partie de la matière cristalline de quartz alpha, telle quelle, est détruite par cette première étape de chauffage et elle entre en solution sous forme d'une matière vitreuse. Pour l'objet de la présente spécification, la matière cristalline de quartz alpha peut être définie comme une silice cristalline et la matière vitreuse, comme de la silice vitreuse. On pense que la quantité de matière cristalline de quartz alpha entrant en solution lors de la première étape de chauffage indique s'il s'est formé une quantité auffisante de phase vitreuse et si la matière contenant l'alcali est en contact suffisamment intime avec la matière siliceuse.
Dès lors, lorsqu'une importante partie de la matière cristalline de quartz alpha entre en solution et ferme une matière vitreuse, on a trouvé que l'on pouvait ensuite obtenir une matière cellulaire de la densité et de la conductivité thermique désirées en chauffant davantage la matière traitée en présence d'un agent de formation de structure cellulaire* Lorsque l'agent de formation de etruc- ture cellulaire cet mélange intimement avec les constituants de la charge et lorsque le mélange est chauffé à une température de formation de structure cellulaire, on a trouvé que
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).'on ne pouvait régler la transformation de la métier* en structure oellulaire.
Il semble que, lorsqu'on mélange les constituante brute de la charge aveo l'agent de formation de structure cellulaire et lorsqu'on les chauffe à une température élevée, il se produit une formation non réglée de structure cellulaire dans un étroit intervalle de températures et que les cellules formées dans la matière présentent un spectre de granulométries comportant un grand nombre de larges cellules.
On pense qué le carbonate de sodium joue un double rôle dans le procédé de formation de structure cellulaire. En tant qu'agent fondant, il facilite la fusion des autres constituante et fournit le métal alcalin qui se combine avec le silicate pour abaisser le point de fusion du mélange. Le carbonate de sodium sert également à élever l'intervalle de températures auquel la matière peut être cellulée. Sans le carbonate de sodium, la matière aurait un intervalle très étroit de formation de structure cellulaire, tandis qu'en incorporant du carbonate de sodium, le mélange pourrait être cellule à une température comprise entre 927 et 1093 C. Bien que le Na2CO3 soit un fondant préféré, étant donné qu'il est peu coûteux et aisément disponible, il est entendu que l'on peut également employer d'autres fondants tels que K2CO3.
Le chlorure de sodium sert d'accélérateur et il fond à une température inférieure à celle du carbonate de sodium, tandis qu'il accélère la mise en solution des constituants. Le borax anhydre sert également de fondant et il améliore la durabilité du verre. Le chlorure de sodium et le borax améliorent tous deux les qualités de la matière cellulaire. Toutefois, comme on l'a illustré dans les exemples, on peut obtenir un produit cellulaire approprié sans incorpcrer ces constituants.
On pense que l'on peut employer n'importe quel
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agent carboné approprie de formation de structure cellulaire tel que le noir de carbone, le noir de fumée, le oharbon en fine poudre, le carborundum ou analogues. Du point de vue économique, le noir de carbone finement divisé est préféré.
Le mélange à oelluler doit également contenir un agent d'oxydation tel que l'oxyde ferrique, le trioxyde d'antimoine, le trioxyde arsénique, l'oxyde de nickel, le dioxyde de manganèse et autres qui sont réduits par le carbone à des températures élevées pour libérer des gaz contenant de l'oxygène, de façon bien connue dans la technique de formation de verre cellulaire.
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