CH615850A5 - - Google Patents

Description

Cette invention concerne un procédé et un appareil de production de paillettes métalliques à partir de particules métalliques.

Dans la technique antérieure, les paillettes métalliques sont produites dans un broyeur à boulets, un broyeur à meules ou un dispositif similaire, dans lequel les boulets ou le milieu de broyage sont retenus dans le broyeur, et les matériaux bruts sont ajoutés, tandis que le produit fini en est enlevé. Les matériaux bruts peuvent être ajoutés périodiquement ou peuvent être ajoutés pratiquement en continu. Dans le premier cas, le produit fini, c'est-à-dire le matériau broyé, est généralement enlevé de façon discontinue. Dans le cas où les matériaux bruts sont ajoutés en continu, le produit fini peut être enlevé continuellement par des opérations qui comprennent un déchargement sur grille, un débordement sur tourillons et un balayage par l'air, ou des opérations similaires, comme décrit dans «Ball, Tube and Rod Mills», H.E. Rose et R.M.E. Sullivan, 1958, pp. 22-23. Cependant, ces systèmes continus de broyage ont des inconvénients importants. Par exemple, on a trouvé au cours des années que le broyage le plus efficace pour obtenir des paillettes métalliques, en particulier dans les opérations de broyage par voie humide, exige que les particules ou la poudre métalliques doivent représenter 45 à 55% du poids des matériaux bruts introduits dans le broyeur. Cependant, l'utilisation d'une charge contenant cette quantité de métal entraîne normalement de grandes difficultés dans le pompage ou l'enlèvement du matériau broyé hors du broyeur. Ainsi, pour le pompage ou pour un écoulement par gravité, la charge est normalement diluée pour qu'elle contienne seulement environ 25 à 35% en poids de particules métalliques. Cependant, cet effet de dilution retarde l'opération de broyage ou de production de paillettes métalliques. Ainsi, on peut voir qu'en utilisant des procédés de décharge sur grille ou de débordement sur tourillons, on atteint un compromis entre le broyage efficace et le transport efficace des matériaux dans le broyeur.

La présente invention résout le problème que l'on rencontre lorsque l'on utilise les broyeurs antérieurs, en fournissant le procédé défini dans la revendication 1 et l'appareil défini dans la revendication 5 pour la mise en œuvre de ce procédé.

Dans un mode de réalisation préféré, le matériau de broyage, par exemple des billes ou des boulets métalliques, sont recyclés et introduits dans le broyeur à une vitesse déterminée. Un appareil convenant à ce mode de réalisation comporte des moyens permettant de séparer les paillettes métalliques du matériau de broyage et également des moyens permettant de recycler le matériau de broyage au broyeur.

Les particules métalliques que l'on peut travailler ou former en paillettes métalliques comprennent la poudre, les copeaux, la limaille, les rognures de métal, etc., la forme de particule préférée étant la poudre. Les métaux qui peuvent être fournis sous cette forme et qui peuvent être transformés en paillettes comprennent l'aluminium, le nickel, le fer, l'acier inoxydable et les alliages comme le bronze et le laiton.

Un lubrifiant de broyage utile comprend les acides gras à chaîne longue comme l'acide stéarique, l'acide laurique, l'acide oléique, l'acide béhénique, l'acide stéarique étant préféré pour des raisons d'économie et d'efficacité pendant le broyage.

D'autres lubrifiants, y compris le suif, peuvent être utilisés, selon en grande partie le type de paillettes désiré.

Quand on prépare des paillettes d'aluminium à partir de poudre d'aluminium, on peut ajouter au broyeur une source d'oxygène comme l'air pour maîtriser la réactivité de la surface des paillettes d'aluminium. C'est-à-dire que l'air ajouté au broyeur réagit avec la surface des paillettes d'aluminium en formant de l'oxyde d'aluminium, ce qui diminue la réactivité des paillettes. Inversement, si l'on désire former une surface très réactive sur les paillettes d'aluminium, on peut exclure l'oxygène ou l'air du broyeur en utilisant un gaz inerte comme l'azote, l'argon, l'hélium, etc.

Dans la présente invention, on ajoute un solvant, comme l'essence minérale. Elle sert à maîtriser la formation de poussière et élimine pratiquement totalement les problèmes qui en découlent. Le solvant aide également à maîtriser l'uniformité de la température dans tout le broyeur en améliorant le transfert de chaleur. En outre, dans la production de paillettes métalliques que l'on utilisera dans des peintures, l'utilisation de solvants fournit des paillettes prémouillées qui sont plus facilement dispersées dans la peinture.

En ce qui concerne le matériau de broyage, on préfère utiliser des billes ou des boulets métalliques, de manière générale sphéri-ques, car ils agissent en donnant une très grande efficacité au broyage. En outre, on préfère que le métal de ces boulets soit l'acier. Les billes ont typiquement une dimension comprise entre 4,75 et 9,5 mm de diamètre, bien que dans certains cas on puisse

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utiliser des billes plus grandes ou plus petites selon, à un certain degré, la substance de départ.

On peut ajouter séparément dans le broyeur les particules métalliques, le lubrifiant de broyage et le solvant. Cependant, on préfère que les particules métalliques et le lubrifiant de broyage soient mélangés avant d'être ajoutés au broyeur. On ajoute ces matériaux pour obtenir un mélange dans le broyeur comprenant 35 à 65% en poids de particules métalliques, 0,4 à 7% en poids de lubrifiant, le reste étant le solvant. De préférence, le mélange contient 45 à 55% en poids de métal, 1,0 à 4,5% en poids de lubrifiant, le reste étant le solvant. Cette consistance est importante pour que le mélange ait la viscosité désirée quand il traverse le broyeur pour obtenir l'efficacité maximale du broyage, comme mentionné ci-avant.

Le rapport pondéral du matériau de broyage, c'est-à-dire les boulets ou sphères métalliques, aux particules métalliques présentes dans le broyeur peut aller de 18:1 à 60:1, un intervalle préféré étant de 20:1 à 40:1 quand on broyé des particules métalliques comme de l'aluminium. Ainsi, bien qu'il soit important de régler la teneur en particules métalliques dans le broyeur comme noté ci-avant, le fait d'ajouter à la concentration déterminée de particules métalliques une quantité déterminée de matériau de broyage permet d'obtenir les bénéfices maximaux de cette invention.

Le fait de déterminer, essentiellement comme précédemment, les quantités de matériaux bruts comme la poudre de métal, le lubrifiant de broyage, les solvants et le matériau de broyage, permet la production de paillettes fines, moyennes ou plus grosses, en faisant varier la durée de séjour dans le broyeur à boulets. Dans un broyeur à boulets continu, la durée de séjour est déterminée par le temps nécessaire pour que les matériaux se déplacent de l'entrée à la sortie du broyeur. Comme le mélange dans le présent broyeur à boulets est très visqueux par rapport à ceux que l'on trouve dans les opérations classiques de broyage continu, le mouvement des matériaux dans le broyeur est voisin d'un écoulement en bouchon. C'est-à-dire qu'une masse donnée d'ingrédients nécessaires pour produire les paillettes se déplace de l'entrée à la sortie du broyeur sans pratiquement aucun mélange en arrière ou court-circuit et sans rencontrer les problèmes conséquents de surbroyage ou de sous-broyage, c'est-à-dire la production d'un excès de fines ou d'un excès de particules plus grosses. Ainsi, dans le présent broyeur, il y a un mouvement pratiquement maîtrisé de l'entrée à la sortie du broyeur. On verra que le temps de déplacement entre l'entrée et la sortie, c'est-à-dire le temps de séjour, peut varier de quelques heures à quelques jours, selon, à un certain degré, la dimension des particules métalliques et la quantité de broyage nécessaire.

Le mouvement des matériaux dans le broyeur est déterminé par l'écoulement des matériaux pénétrant ou sortant du broyeur. C'est-à-dire que l'on peut augmenter la durée de séjour des matériaux dans le broyeur en diminuant la vitesse d'écoulement ou d'addition de la charge dans les broyeurs et en diminuant la vitesse d'élimination des matériaux hors du broyeur. Inversement, on peut diminuer la durée de séjour dans le broyeur en augmentant la vitesse d'écoulement ou d'addition de la charge dans le broyeur et en augmentant la vitesse d'élimination des matériaux hors du broyeur. Ainsi, on verra que l'on peut facilement déterminer la granulométrie des paillettes en ajustant ces vitesses. C'est-à-dire que l'on peut diminuer la dimension des paillettes en augmentant la durée du séjour.

Lorsqu'ils atteignent la sortie du broyeur, les paillettes métalliques, le lubrifiant de broyage, le solvant et le matériau de broyage sont enlevés à une vitesse déterminée. Au cours de l'enlèvement, le matériau de broyage peut être séparé des autres matériaux. Cela peut être effectué en diluant le mélange à environ 5 à 20% en poids de métal, et en laissant les paillettes, le lubrifiant et le solvant traverser un tamis qui retient le matériau de broyage. Après séparation, le matériau de broyage peut être renvoyé ou recyclé à l'entrée du broyeur pour être de nouveau utilisé. Les paillettes métalliques peuvent être introduites dans un réservoir de retenue, pour un tamisage et une filtration ultérieurs.

Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.

La fig. 1 en est une vue en élévation schématique, et la fig. 2 est une coupe de la goulotte d'évacuation du broyeur.

L'appareil comprend un broyeur à boulets 10, de forme générale cylindrique ou tubulaire, une trémie d'alimentation 20 et une goulotte d'évacuation 30. Un séparateur 40 est prévu pour séparer les paillettes métalliques des boulets, comme on le voit mieux sur la fig. 2. Une conduite 50 sert à renvoyer les boulets à la trémie 20 pour le recyclage dans le broyeur 10. La conduite 42 amène les paillettes métalliques et le solvant au réservoir de retenue 60 d'où les paillettes peuvent être envoyées à un tamisage et une filtration. Ainsi, on peut voir qu'après la mise en route initiale du broyeur 10, le matériau brut, c'est-à-dire la poudre métallique, le lubrifiant de broyage et le solvant, ainsi que les billes d'acier, peuvent être introduits à l'extrémité d'entrée 12 du broyeur, et les paillettes métalliques et les billes d'acier peuvent être enlevées à l'extrémité de sortie 14 du broyeur 10 plus ou moins continuellement. C'est-à-dire que les paillettes métalliques et le matériau de broyage peuvent être enlevés à une vitesse sensiblement égale à la vitesse d'introduction.

La goulotte d'évacuation 30 est un aspect important du système, car elle permet l'enlèvement maîtrisé des paillettes métalliques, du lubrifiant, du solvant et des billes de broyage. La goulotte d'évacuation 30 peut être construite à partir d'un tuyau circulaire ou d'un dispositif similaire, en y pratiquant une fente longitudinale 31. Le tuyau fendu, de préférence incliné par rapport à l'horizontale selon un angle de 15 à 35°, doit être monté de façon à tourner sur son axe, ce qui permet d'ajuster la dimension de la fente de telle sorte qu'elle soit aux paillettes et aux billes qui tombent pendant la rotation du broyeur. C'est-à-dire que l'on peut ajuster l'ouverture fendue en faisant tourner la goulotte 30 autour de son axe pour augmenter ou diminuer la quantité de paillettes et de billes qui sont piégés ou qui tombent dans la partie de la goulotte à l'intérieur du broyeur, ce qui permet de régler l'écoulement des matériaux hors du broyeur.

On notera que, lorsque le broyeur fonctionne ou tourne à une certaine vitesse, les matériaux seront élevés par la paroi du broyeur. A cette certaine vitesse, les billes et particules métalliques ou paillettes métalliques tomberont sur les billes et les paillettes de l'autre côté du broyeur, la production de paillettes métalliques de cette façon étant bien connue dans la technique. C'est pendant ce processus de chute que les billes, les paillettes métalliques et le liquide sont de préférence pris par la goulotte 30 et sont enlevés à une vitesse déterminée.

Comme on le voit sur la fig. 2, un moyen de pulvérisation 32 est placé dans la goulotte d'évacuation 30 pour débarrasser les billes d'acier de paillettes métalliques. Dans cette opération de lavage, on ajoute du solvant en quantité suffisante pour que les paillettes soient facilement pompables ou fluides. De préférence, quand on produit des paillettes d'aluminium, on ajoute suffisamment de solvant pendant l'opération de pulvérisation pour abaisser la teneur en aluminium à 5-25% en poids. On notera que la pulvérisation aide l'écoulement des paillettes et des billes métalliques dans la pente inclinée de la goulotte d'évacuation 30 jusqu'au tamis 40 où les paillettes sont séparées des billes. Les paillettes et le solvant s'écoulent dans la conduite 42 jusqu'au réservoir de retenue 60. Après séparation, les billes d'acier peuvent être renvoyées continuellement par un quelconque moyen approprié, comme un élévateur à vis.

L'appareil décrit peut fonctionner sur la base d'un circuit ouvert, auquel cas les grosses particules enlevées du broyeur avec les paillettes métalliques sont tamisées et enlevées du système. En outre, l'appareil peut fonctionner sur une base de circuit

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fermé, auquel cas les grosses particules enlevées du broyeur sont tamisées et renvoyées continuellement au broyeur à son extrémité d'entrée. Les grosses particules peuvent être introduites dans le broyeur d'un appareil d'alimentation à vis, par exemple.

Le gaz que l'on a mentionné précédemment est de préférence introduit de façon qu'il ait un écoulement parallèle par rapport au matériau traversant le broyeur. C'est-à-dire que le gaz est de préférence ajouté à l'extrémité d'entrée du broyeur et enlevé à l'extrémité de sortie. Le gaz peut être ajouté et enlevé par des moyens bien connus de l'homme de l'art.

Les paillettes métalliques obtenues selon cette invention peuvent être utilisées dans un grand nombre de compositions de peinture, de revêtements et d'encre où leur intérêt comme pigment a été établi depuis longtemps. Plus récemment, comme on le sait dans la technique, de tels produits sont largement utilisés dans diverses compositions explosives et détonnantes où ils ont un grand intérêt comme combustibles de démarrage et servent à donner la sensibilité nécessaire pour l'amorçage.

La présente invention est avantageuse, car elle améliore de manière significative tant l'efficacité de broyage que la productivité globale. Un autre avantage réside dans le fait que l'on peut ajuster la dimension des paillettes en modifiant les vitesses d'alimentation et d'enlèvement. Egalement, en raison de l'écoulement maîtrisé dans le broyeur, on peut maîtriser la dimension des paillettes, en les empêchant d'atteindre prématurément une dimension limite. Egalement, en raison de l'écoulement maîtrisé dans le broyeur, on garde à un minimum le mélange vers l'arrière qui est indésirable, car il donne un excès de fines. Le présent système est également avantageux, car il ne nécessite pas une teneur élevée en solvant pour le rendre pompable. C'est-à-dire, comme indiqué précédemment, qu'on peut rendre maximale la teneur en particules métalliques pour obtenir un broyage optimal.

Les exemples suivants illustrent mieux l'invention :

Exemple 1 :

On produit des paillettes d'aluminium selon l'invention dans un broyeur à boulets ayant un diamètre d'environ 90 cm et une longueur d'environ 2,5 m. Pour la mise en route, on introduit initialement dans le broyeur 2460 kg de billes d'acier d'un diamètre d'environ 8 mm. On fait fonctionner le broyeur de telle sorte que les billes d'acier sont enlevées et recyclées à environ 5,13 kg/mn. On ajoute de la poudre d'aluminium atomisée Alcoa de qualité 120, contenant 5% en poids d'acide stéarique, à une vitesse d'alimentation de 13,17 kg/h. On ajoute de l'essence minérale au broyeur à raison de 171/h et on fait passer de l'air dans le broyeur à raison de 1401/mn. On fait tourner le broyeur à 44 t/mn. Après obtention de conditions d'équilibre, on utilise une durée de séjour de 8 h pour le broyage, l'équilibre étant obtenu après environ 3 périodes de séjour. Les vitesses d'alimentation déterminent une concentration en particules d'aluminium d'environ 50% en poids et un rapport pondéral des billes aux particules d'aluminium de 23,4:1. Les paillettes d'aluminium obtenues, les billes et le solvant sont enlevés du broyeur et pulvérisés avec de l'essence minérale essentiellement comme représenté sur la fig. 2 pour débarrasser les billes des paillettes métalliques .et pour aider à la séparation des billes et des paillettes. C'est-à-dire que la pulvérisation entraîne par lavage les paillettes à l'écart des billes et à travers un tamis d'ouverture de maille de 2,0 mm, tamis qui empêche les billes de passer. Après séparation, les billes sont recyclés à l'extrémité d'entrée et introduites dans le broyeur. Après passage à travers un tamis d'ouverture de maille 250 n,

pour empêcher la présence de grosses particules, les paillettes d'aluminium produites ont une dimension moyenne de particules de 13,6 |i, valeur déterminée par un compteur Coulter.

Exemple 2:

Les conditions d'opération sont comme dans l'exemple 1,

sauf que la vitesse d'alimentation en poudre d'aluminium est 8,22 kg/h et que le rapport des billes aux particules métalliques d'aluminium est 27,4:1. Les paillettes d'aluminium obtenues ont une dimension moyenne de particules de 11,3 |x.

Exemple 3:

Les conditions d'opération sont comme dans l'exemple 2,

sauf que la vitesse d'alimentation en poudre d'aluminium est 15,4 kg/h et le rapport des billes à la charge est 20:1. Les paillettes d'aluminium obtenues ont une dimension moyenne de particules de 16,3 |x.

Exemple 4:

On produit des paillettes d'aluminium dans le broyeur à boulets de l'exemple 1. Dans cet exemple, on introduit dans le broyeur 3300 kg de billes d'acier ayant un diamètre d'environ 8 mm. La vitesse de recyclage des billes d'acier est de 11,03 kg/mn et la vitesse d'alimentation en poudre d'aluminium atomisée Alcoa de qualité 108, contenant 3% en poids d'acide stéarique, est 25,75 kg/h. La vitesse d'alimentation en essence minérale est 20,851/h et la vitesse d'alimentation en heure est 1401 nor-maux/mn à une pression de 0,35 kg/cm2 effectif. La durée moyenne de séjour est 5,0 h. Dans cet exemple, les grosses particules sont continuellement éliminées et renvoyées au broyeur pour être à nouveau broyées. Les paillettes d'aluminium obtenues dans ce procédé ont une dimension moyenne de particules de 15,6n.

On voit d'après ces exemples que l'on peut obtenir des paillettes d'aluminium en continu, en fonctionnant avec une concentration en particules d'aluminium d'environ 50% en poids. Cependant, on peut modifier la concentration comme nécessaire. Les exemples précédents montrent également que la dimension de particules peut être déterminée à la dimension désirée en modifiant les vitesses d'alimentation.

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   REVENDICATIONS

   1. Procédé de production de paillettes métalliques à partir de particules métalliques, dans lequel on introduit continuellement les particules métalliques, un liquide comprenant un lubrifiant et un solvant, et un matériau de broyage dans un broyeur à boulets tournant autour de son axe longitudinal, ce moulin étant de forme tubulaire et ayant une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie, on forme des paillettes métalliques et on sépare le matériau de broyage du liquide et des paillettes, caractérisé en ce que l'on introduit continuellement dans le broyeur à boulets les particules métalliques, le lubrifiant et le solvant pour former dans le broyeur un mélange comprenant 35 à 65% en poids de particules métalliques, 0,4 à 7% en poids de lubrifiant, le reste étant le solvant, et qu'on retire une partie des paillettes métalliques, du liquide et du matériau de broyage à travers un récepteur pénétrant dans le broyeur par son extrémité de sortie, le retrait à partir du broyeur se faisant à un débit correspondant à celui d'introduction dans le broyeur.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute du solvant à la matière retirée pour obtenir un mélange séparable ayant une teneur en paillettes métalliques comprise entre 5 et 20% en poids.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé ' en ce que les particules métalliques sont des particules d'aluminium.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport pondéral du matériau de broyage aux particules métalliques est compris entre 18:1 et 60:1.
5. 5. Appareil pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un broyeur à boulets conçu pour tourner sur son axe longitudinal, ledit broyeur ayant une forme tubulaire et ayant une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie, un moyen permettant d'introduire dans ledit broyeur à son extrémité d'entrée des particules métalliques, un liquide et un matériau de broyage, caractérisé par une goulotte d'évacuation (30) permettant d'enlever du broyeur (10) à un débit réglé les paillettes métalliques, le liquide et le matériau de broyage, la goulotte pénétrant dans le broyeur par son extrémité de sortie (14) de sorte que, par rotation du broyeur, une partie des paillettes métalliques, du liquide et du matériau de broyage puisse être enlevée en étant dirigée dans la goulotte.
6. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite goulotte d'évacuation comporte un moyen de pulvérisation (32) permettant de laver le matériau de broyage pour le débarrasser pratiquement totalement des paillettes métalliques.
7. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite goulotte d'évacuation comporte un tamis (40) permettant de séparer les paillettes métalliques du matériau de broyage lavé.