EP0932485B1 - Utilisation de melanges operatoires pour le sciage de roches. - Google Patents

Utilisation de melanges operatoires pour le sciage de roches. Download PDF

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EP0932485B1
EP0932485B1 EP97938962A EP97938962A EP0932485B1 EP 0932485 B1 EP0932485 B1 EP 0932485B1 EP 97938962 A EP97938962 A EP 97938962A EP 97938962 A EP97938962 A EP 97938962A EP 0932485 B1 EP0932485 B1 EP 0932485B1
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EP
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rocks
mixture
rock
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sawing
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EP97938962A
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Inventor
Daniel Wheelabrator Allevard S.A. HUET
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Winoa SA
Original Assignee
Wheelabrator Allevard SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/025—Use, recovery or regeneration of abrasive mediums

Definitions

  • the invention relates to operating mixtures sawing as well as the implementation of these mixtures.
  • the invention relates more particularly to sawing hard rocks such as: granite, gneiss, mica schist, pegmatite, and in general, all magmatic, metamorphic, even sedimentary rocks exhibiting significant hardness.
  • the operating mixtures used conventionally for sawing granite include lime mixed with metal shot.
  • This lime is now used to increase the viscosity of the sawing operating mixtures and facilitate the transport of metal shot.
  • Document D2 (EP 653 473) describes a process for cutting or drilling of hollow bodies in concrete, rocks or ceramic, in using a thixotropic coolant intended for cooling cutting or drilling elements.
  • the coolant is composed of water and an agent silicate-based thixotropant.
  • Document D3 mentions a pasty liquid composition, comprising 10% to 80% by weight of a finely divided inorganic solid, and 90% to 15% water or synthetic lubricants.
  • This composition serves as a cutting fluid or drilling hard materials, more particularly reinforced concrete.
  • the solid contains chalk or talc, and the lubricant is mineral oil, or paraffin mixed in 65% to 95% water.
  • the mixture can comprise from 2% to 10% petroleum or paraffin wax, 2% to 8% silica, 1% to 6% metallic particles, from 1% to 10% of a thickener and from 0.1% to 4% of a emulsifier.
  • the cutting fluid makes it possible to increase the working speed, and the duration of tool life.
  • An object of the invention is therefore to provide operating mixtures for sawing hard rocks such as granite which are devoid of lime.
  • a more particular subject of the invention is the use of a mixture thixotropic procedure for sawing rocks according to the appended claims.
  • the sawing operating mixtures of the invention surprisingly improve sawing efficiency.
  • the productivity of a multi-blade frame machine is in particular greatly improved.
  • thixotropy qualified the property of a body to transform itself reversibly and gradually from the gel state to the fluid state.
  • thixotropy is used here in a sense more general.
  • any body whose apparent viscosity tends to decrease in time when we apply a constant stress or shear rate is said thixotropic; provided that after removing this stress or this shear rate and after a sufficient rest time, its initial structure is regenerates. And this, that this initial structure is a gel or not.
  • thixotropic compound is a gel
  • it is reversible, that is to say that to liquefy it, a simple mechanical stirring is sufficient.
  • Some nail polish, lipsticks, some oily solutions, some derivatives of cellulose are thixotropic in the defined sense previously.
  • this mixture itself is thixotropic.
  • At least one of the thixotropic compounds is a clay mineral chosen from the group comprising: kaolinite, berthierine, amesite, chrysolite, illites and vermiculites, chlorites, smectites, pyrophyllites, talc, interbedded clay minerals.
  • At least one of the thixotropic compounds is a powder of argillaceous rocks consisting essentially of a mixture of minerals clayey chosen from the group comprising: kaolinite, berthierine, amesite, chrysolite, illites and vermiculites, chlorites, smectites, pyrophyllites, talc, clay minerals interstratified.
  • Bentonites are clay minerals of the group montmorillonites.
  • the bentonite used can be of original natural.
  • It can be a calcium bentonite.
  • the bentonite used can also be a activated calcium bentonite, rendered sodium by treatment chemical.
  • the bentonite used can also be a bentonite treated with an organic dopant such as derivatives cellulosics, acrylic acid or derivatives thereof.
  • the compound making it possible to fix the pH of the operating sawing mixture is sodium carbonate Na 2 CO 3 .
  • the metal hydroxides contained in the mixture in one embodiment of the mixture, have a chemical composition of the type: Li m D d T (OH) (m + 2d + 3 + na) A
  • m is the number of Li ions, between 0 and 1.
  • D represents divalent metal ions
  • d is the number of D ions, between 0 and 4
  • T represents the trivalent metal ions
  • A represents the monovalent or polyvalent anions of valence n, other than OH -
  • a is the number of A anions, (m + 2d + 3 + na) being greater than or equal to 3.
  • the operating mixture can comprise a polymer reversibly changing from the gel state to the fluid when it undergoes a stress or a velocity of shear.
  • the various constituents of the mixture can be mixed in water.
  • the invention also relates to the application of sawing operating mixtures presented above in sawing of a hard rock selected from the group comprising metamorphic rocks, igneous rocks and sedimentary rocks of significant hardness such than slates, slate shales, carbonate rocks, siliceous rocks.
  • the rock to sawn is formed mainly of quartz, feldspar alkaline, plagioclase, mica and amphibole and are among the granitoids.
  • the rock to be sawn can be an ornamental granitoid chosen from the group comprising: granites porphyroids, pegmatites, saccharoid granites, fine-grained granites.
  • Figure 1 is a schematic rheogram of a sawing operating mixture according to the invention, this rheogram being compared to theoretical behaviors of fluids.
  • the operating mixtures obtained according to the invention are shear thinners and thixotropic.
  • Figure 1 shows part of a rheogram 1 of an operating mixture according to the invention.
  • the BINGHAM bodies behave like mewtonian liquids.
  • the viscosity plastic ⁇ is a constant corresponding to the slope of the theoretical rheogram.
  • ⁇ c is also a constant (yield point or yield value) corresponding to the ordinate at the origin of the theoretical rheogram.
  • the viscosity of the operating fluid has been measured using a FANN-type viscometer, in the examples shown below.
  • the FANN rheometer is two-speed.
  • rheometers can be used, in particularly rheometers of the cone-plate type, rheometers with forced oscillations.
  • Plate cone type rheometers are sometimes considered preferable for the characterization of liquids thixotropic or antithixotropic, because it is considered that, in this type of rheometer, the mechanical history is the same for all layers of the material tested.
  • cylindrical rheometers for the study of thixotropic mixtures of the invention requires very narrow air gaps, difficult to manufacture with precision.
  • coaxial cylindrical rheometers make it possible to eliminate the effects of thermalization and ensure a constant thermal environment.
  • the FANN rheometer makes it possible to determine the flow threshold ⁇ c , the plastic viscosity ⁇ which can be related to the theoretical model of BINGHAM.
  • the FANN rheometer can also be used to determine the stress from which the freezing effect disappears, if necessary.
  • this rheometer is not used to characterize a working mixture containing shot.
  • Means of separation for example magnetic, are used to separate the shot a sample of the operating mixture which is to be determine the rheological characteristics presented above.
  • Rhodopol (registered trademark) is a polymer based xanthan.
  • the conventional Anglo-Saxon unit lbf.pd 2 can be converted into a unit of the international system by taking into account the following correspondence: 1 lbf. pd 2 ⁇ 47.88 Pa ⁇ 47.88 N / m 2
  • the mixture regains its fluid appearance after a vigorous shaking that cannot be achieved by hand but requires a mechanical stirrer, as a test after eight days' rest has shown it.
  • This mixture is based on the interaction of bentonite and Polyvis (registered trademark).
  • Bentonite is a montmorillonite, that is to say a clay mineral belonging to the smectite group.
  • Clay minerals such as bentonite are used as thixotropic thickeners, in particular for household detergents.
  • the Polyvis product is described therein as a composition containing mixed metal hydroxides of the MgAlOH 4.7 Cl 0.3 type .
  • m corresponds to the number of Li ions, between 0 and approximately 1
  • D denotes divalent metal ions
  • d denotes the number of divalent metal ions
  • T represents the trivalent metal ions
  • A represents monovalent or polyvalent anions of valence n other than OH - ; a being the number of A anions; and m + 2d + 3 + na being equal to or greater than 3.
  • the Polyvis product is incorporated into a rich mud in bentonite in the field of drilling, in particular drilling oil tanker, to quickly cement the borehole walls, the cement obtained acquiring mechanical resistance important in a short time, the objective being, in in particular, to avoid the inflow of water into the drilling.
  • clay minerals of the smectite group such as beidellite, saponite, stevensite and nontronite can be considered.
  • Clay minerals belonging to the group of chlorites, illites and vermiculites or even group of pyrophyllites and talc can be considered just like attapulgite, sepiolite.
  • any composition comprising at least one clay mineral and an amount more or less important of Polyvis making it possible to obtain the rheological properties presented above fit within the scope of the invention.
  • the sawing operating mixtures of the invention do not necessarily contain lime.
  • Mechanical agitation by mechanical stirring, gas or air injection, wall vibration or ultrasound allows an easy restart of a sawing installation, even after a prolonged shutdown.
  • the thixotropy of the operating mixture can be maintained, even with large amounts of rock or steel.

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Description

L'invention est relative à des mélanges opératoires de sciage ainsi qu'à la mise en oeuvre de ces mélanges.
L'invention concerne plus particulièrement le sciage des roches dures telles que : granite, gneiss, micaschiste, pegmatite, et d'une façon générale, toutes roches magmatiques, métamorphiques, voire sédimentaires présentant une dureté importante.
Dans la suite du texte, il sera essentiellement fait référence au sciage du granite, c'est-à-dire au sciage d'une roche contenant essentiellement des micas, des feldspaths et du quartz en des proportions variables.
Il est entendu toutefois que d'autres types de roches peuvent être sciées à l'aide de machines utilisant des mélanges opératoires de l'invention.
Le sciage du granite est parfois effectué à l'aide d'un châssis multi-lames.
Les machines incorporant de tels châssis sont connues de l'homme de métier, et ne seront donc pas décrites en détail ici.
Les mélanges opératoires utilisés conventionnellement pour le sciage du granite comprennent de la chaux mélangée à de la grenaille métallique.
Dans les machines de sciage anciennes, la chaux était employée pour combattre l'oxydation.
Cette chaux est aujourd'hui utilisée pour augmenter la viscosité des mélanges opératoires de sciage et faciliter le transport de la grenaille métallique.
La présence de cette chaux conduit à des coûts de recyclage importants pour les mélanges opératoires de sciage usagés, afin de respecter les directives environnementales. En effet, pour faciliter l'hydrocyclonage d'un mélange opératoire de sciage contenant de la chaux, de l'eau est ajoutée au mélange pour en abaisser la viscosité. L'eau chargée en chaux est un effluent industriel peu acceptable.
Le document D2 (EP 653 473) décrit un procédé pour découpe ou perçage de corps creux en béton, roches ou céramique, en faisant usage d'un liquide de refroidissement thixotrope destiné à refroidir les éléments de découpe ou perçage. Le liquide de refroidissement est composé d'eau et d'un agent thixotropant à base de silicate.
Le document D1 (GB 383282) qui date de 1932, concerne un procédé d'alimentation en abrasif dans la zone de sciage d'un bloc de roches, avec recyclage des mélanges de sciage. Des additifs maintiennent le pH dans une plage désirée.
Le document D3 (DE 3742572) mentionne une composition liquide pâteuse, comprenant 10% à 80% en poids d'un solide inorganique finement divisé, et 90% à 15% d'eau ou de lubrifiants synthétiques. Cette composition sert de fluide de coupe ou de perçage de matériaux durs, plus particulièrement du béton armé. Le solide contient de la craie ou du talc, et le lubrifiant est une huile minérale, ou de l'huile de paraffine mélangée dans 65% à 95% d'eau. Le mélange peut comprendre de 2% à 10% de cire de pétrole ou de paraffine, de 2% à 8% de silice, de 1% à 6% de particules métalliques, de 1% à 10% d'un épaississant et de 0,1% à 4% d'un émulsifiant. Le fluide coupe permet d'augmenter la vitesse de travail, et la durée de vie des outils.
Un objet de l'invention est donc de fournir des mélanges opératoires de sciage de roches dures telles que du granite qui soient dépourvus de chaux.
L'invention a plus particulièrement pour objet une utilisation d'un mélange opératoire thixotrope pour le sciage de roches selon les revendications annexées.
Les mélanges opératoires de sciage de l'invention améliorent de façon surprenante l'efficacité du sciage.
La productivité d'une machine à châssis multi-lames est en particulier grandement améliorée.
Initialement, la thixotropie qualifiait la propriété d'un corps de se transformer réversiblement et graduellement de l'état gel à l'état fluide.
Le terme thixotropie est ici utilisé dans un sens plus général.
Tout corps dont la viscosité apparente a tendance à décroítre dans le temps quand on lui applique une contrainte ou une vitesse de cisaillement constante est dit thixotrope ; pourvu qu'après suppression de cette contrainte ou de cette vitesse de cisaillement et après un temps de repos suffisant, sa structure initiale se regénère. Et ceci, que cette structure initiale soit un gel ou non.
Dans le cas où le composé thixotrope est un gel, il est réversible, c'est-à-dire que pour le liquéfier, une simple agitation mécanique suffit.
Le cas échéant, une autre modification physique (température, pH) peut participer à la liquéfaction. Les gels chimiques, pour lesquels des points de réticulation peuvent se former par réaction chimique sont exclus.
Certains vernis à ongles, rouges à lèvres, certaines solutions huileuses, certains dérivés de la cellulose sont thixotropes dans le sens défini précédemment.
Du fait de la présence d'au moins un composé thixotrope dans un mélange opératoire de sciage selon l'invention, ce mélange lui-même est thixotrope.
Selon un mode de réalisation, au moins un des composés thixotropes est un minéral argileux choisi parmi le groupe comrprenant : la kaolinite, la berthierine, l'amésite, la chrysolite, les illites et vermiculites, les chlorites, les smectites, les pyrophyllites, le talc, les minéraux argileux interstratifiés.
Selon un autre mode de réalisation, au moins un des composés thixotropes est une poudre de roches argileuses constituée essentiellement d'un mélange de minéraux argileux choisi parmi le groupe comprenant : la kaolinite, la berthierine, l'amésite, la chrysolite, les illites et vermiculites, les chlorites, les smectites, les pyrophyllites, le talc, les minéraux argileux interstratifiés.
Les bentonites sont des minéraux argileux du groupe des montmorillonites.
La bentonite utilisée peut être d'origine naturelle.
Il peut s'agir d'une bentonite sodique, parfois appelée "High Grade", "High Yield" ou "Western".
Il peut s'agir d'une bentonite calcique.
La bentonite utilisée peut également être une bentonite calcique activée, rendue sodique par traitement chimique.
La bentonite utilisée peut également être une bentonite traitée avec un dopant organique tel que dérivés cellulosiques, acide acrylique ou des dérivés de celui-ci.
Dans un mode de réalisation, le composé permettant de fixer le pH du mélange opératoire de sciage est du carbonate de sodium Na2 CO3.
D'autres composés naturels ou synthétiques permettant de fixer un pH basique pour le mélange opératoire de sciage peuvent être utilisés.
Les hydroxydes métalliques contenus dans le mélange, dans un mode de réalisation du mélange, ont une composition chimique du type : LimDd T(OH) (m+2d+3+na) A an    où m est le nombre d'ions Li, compris entre 0 et 1.
   D représente les ions métalliques divalents,
   d est le nombre d'ions D, compris entre 0 et 4,
   T représente les ions métalliques trivalents,
   A représente les anions monovalents ou polyvalents de valence n, autres que OH-,
   a est le nombre d'anions A,
   (m+2d+3+na) étant supérieur ou égal à 3.
Le mélange opératoire peut comprendre un polymère se transformant réversiblement de l'état gel à l'état fluide lorsqu'il subit une contrainte ou une vitesse de cisaillement.
Les divers constituants du mélange peuvent être mélangés dans de l'eau.
L'invention concerne également l'application des mélanges opératoires de sciage présentés ci-dessus au sciage d'une roche dure choisie parmi le groupe comprenant les roches métamorphiques, les roches magmatiques et les roches sédimentaires de dureté importante telles qu'ardoises, schistes ardoisiers, roches carbonatées, roches siliceuses.
Selon une possibilité d'application, la roche à scier est formée essentiellement de quartz, feldspath alcalin, plagioclase, mica et amphibole et fait partie des granitoïdes.
La roche à scier peut être un granitoïde ornemental choisi parmi le groupe comprenant : les granites porphyroïdes, les pegmatites, les granites saccharoïdes, les granites à grains fins.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaítront au cours de la description suivante de deux modes de réalisation donnés à titre d'exemples.
La figure 1 est un rhéogramme schématique d'un mélange opératoire de sciage selon l'invention, ce rhéogramme étant comparé à des comportements théoriques de fluides.
Les mélanges opératoires obtenus selon l'invention sont rhéofluidifiants et thixotropes.
La figure 1 montre une partie d'un rhéogramme 1 d'un mélange opératoire selon l'invention.
En abscisse est reportée la dérivée par rapport au temps de la déformation.
En ordonnée est reportée la contrainte de cisaillement.
La figure 1 montre également :
  • un rhéogramme théorique 2 d'un fluide newtonien ;
  • un rhéogramme théorique 3 d'un corps de BINGHAM ;
  • un rhéogramme théorique 4 d'un corps rhéofluidifiant obéissant à une loi puissance ou loi d'OSTWALD ;
  • un rhéogramme théorique 5 d'un corps rhéofluidifiant obéissant à une loi de type HERSHEL-BULKLEY.
Suivant la composition du mélange opératoire de sciage, un modèle théorique de type loi puissance ou bien corps de BINGHAM sera plus proche du rhéogramme du mélange opératoire qu'un autre modèle théorique.
D'autres modèles théoriques sont a priori envisageables tels ceux de SHANGRAW, WILLIAMS CARREAU, CROSS, ou EYRING et d'autres encore, plus complexes, disponibles dans la littérature.
Dans la suite du texte, il sera fait référence au corps de BINGHAM qui constitue une approximation assez bonne des rhéogrammes obtenus avec les mélanges opératoires présentés dans les exemples.
Selon ce modèle rhéologique, au-delà du seuil d'écoulement τc, les corps de BINGHAM se comportent comme des liquides mewtoniens.
En d'autres termes : τ < τc   Σ = 0 τ > τc   τ = τc + αΣ    τ étant la contrainte de cisaillement ;
   Σ étant la dérivée par rapport au temps de la déformation ;
   α étant un coefficient appelé viscosité plastique.
Contrairement à la viscosité apparente du mélange opératoire de sciage, qui peut varier et en particulier diminuer lorsque le cisaillement augmente, la viscosité plastique α est une constante correspondant à la pente du rhéogramme théorique.
τc est également une constante (yield point ou yield value) correspondant à l'ordonnée à l'origine du rhéogramme théorique.
Les mélanges opératoires étant thixotropes, leur viscosité apparente n'est pas fixée pour une valeur donnée de la contrainte ou de la vitesse de déformation, mais dépend également d'un autre paramètre : le temps.
Dans ces conditions, le mode expérimental adopté pour tracer des rhéogrammes est important.
Il n'est pas équivalent de procéder par valeurs croissantes de τc ou Σ ou décroissantes de τc ou Σ.
L'on peut envisager de tracer des courbes d'hystérésis à cisaillement croissant puis décroissant, comme lorsque un gel fluidifiant présentant de l'hystérésis est étudié.
Pour éviter les problèmes présentés ci-dessus et pour simplifier les mesures rhéologiques au voisinage de la machine de sciage, la viscosité du fluide opératoire a été mesurée à l'aide d'un viscosimètre du type FANN, dans les exemples présentés ci-dessous.
Il s'agit d'un rhéomètre rotatif cylindrique ; un stator fixe et un rotor coaxial au stator définissant un entrefer contenant le mélange opératoire de sciage.
Dans les exemples considérés, le rhéomètre FANN est à deux vitesses.
D'autres rhéomètres peuvent être utilisés, en particulier les rhéomètres de type cône plateau, des rhéomètres à oscillations forcées.
Les rhéomètres de type cône plateau sont parfois jugés préférables pour la caractérisation de liquides thixotropes ou antithixotropes, car l'on considère que, dans ce type de rhéomètre, l'histoire mécanique est la même pour toutes les couches du matériau testé.
Mais des corrections importantes doivent être apportées aux résultats obtenus avec ce type de rhéomètre pour tenir compte des couches de glissement sur les parois.
Ces corrections sont plus complexes pour les rhéomètres cône/plateau que pour les rhéomètres cylindriques.
L'utilisation de rhéomètres cylindriques pour l'étude des mélanges thixotropes de l'invention nécessite des entrefers très étroits, difficiles à fabriquer avec précision.
Mais les rhéomètres cylindriques coaxiaux permettent d'éliminer les effets de thermalisation et assurent un environnement thermique constant.
Le rhéomètre de FANN permet de déterminer le seuil d'écoulement τc, la viscosité plastique α que l'on peut rapporter au modèle théorique de BINGHAM.
Le rhéomètre de FANN permet également de déterminer la contrainte à partir de laquelle l'effet de gel disparaít, le cas échéant.
Il est préférable que ce rhéomètre ne soit pas utilisé pour caractériser un mélange opératoire contenant de la grenaille. Des moyens de séparation, par exemple magnétiques, sont mis en oeuvre pour séparer la grenaille d'un échantillon de mélange opératoire dont on souhaite déterminer les caractéristiques rhéologiques présentées ci-dessus.
L'on décrit maintenant deux modes de réalisation de mélanges opératoires de sciage selon l'invention.
Exemple n° 1
L'on prépare un mélange opératoire de sciage dont la composition est la suivante :
  • eau : 400 litres ;
  • Rhodopol 23P : 2,5 kg ;
  • Na2CO3 : ajouté en quantité nécessaire pour obtenir un pH de 10.
Le Rhodopol (marque déposée) est un polymère à base de xanthane.
Les résultats obtenus sont :
  • viscosité plastique : 8 centipoises ;
  • seuil d'écoulement : 2200 lbf.pd2 ;
  • gels : 1200à 1500 lbf.pd2.
Le Poise P est l'unité CGS de viscosité dynamique. 10P = lPa.s = 1 Poiseuille (Pl).
L'unité conventionnelle anglo-saxonne lbf.pd2 peut être convertie en unité du système international en prenant en compte la correspondance suivante : 1 lbf. pd2 ≈ 47.88 Pa ≈ 47,88 N/m2
En observant l'évolution de la grenaille dans une éprouvette contenant ce mélange, on constate que la rapidité de la sédimentation des particules dépend de leur diamètre (loi de Stokes), mais aussi de la rapidité avec laquelle l'effet de gel apparaít.
Si le mélange présente un progrès réel par rapport à ceux actuellement utilisés par les scieurs, il faut toutefois noter que, s'il reste trop longtemps sans agitation, il a tendance à se polymériser et à prendre un aspect gélatineux.
Le mélange reprend son aspect fluide après une agitation vigoureuse qui ne peut être obtenue à la main mais nécessite un agitateur mécanique, comme un essai après un repos de huit jours l'a démontré.
Exemple n° 2
Ce mélange est basé sur l'interaction de la bentonite et de Polyvis (marque déposée).
La bentonite est une montmorillonite, c'est-à-dire un minéral argileux appartenant au groupe des smectites.
Compte-tenu de ses grandes qualités d'absorption et de dispersion, la bentonite connaít de nombreuses utilisations : boues de forage, sable de moulage, béton, échangeur d'ions.
Les minéraux argileux tels que la bentonite sont utilisés comme épaississants thixotropes, en particulier pour des détergents ménagers.
Dans le domaine du forage, il est connu d'employer des fluides thixotropes contenant de la bentonite.
L'utilisation d'un fluide de forage contenant de la bentonite et un produit appelé Polyvis (marque déposée) est également connu dans le domaine du forage, notamment du forage pétrolier.
L'on peut se référer au document US n° 4.664.843.
Le produit Polyvis y est décrit comme une composition contenant des hydroxydes métalliques mixtes du type MgAlOH4.7Cl0.3.
Ou plus généralement des composés du type : LimDdT(OH)(m+2d+3+na)Aa n où m correspond au nombre d'ions Li, compris entre 0 et environ 1 ;
   D désigne des ions métalliques divalents ;
   d désigne le nombre d'ions métalliques divalents D, compris entre 0 et environ 4 ;
   T représente les ions métalliques trivalents ;
   A représente les anions monovalents ou polyvalents de valence n autres que OH- ;
   a étant le nombre d'anions A ; et
   m+2d+3+na étant égal ou supérieur à 3.
Le produit Polyvis est incorporé à une boue riche en bentonite dans le domaine du forage, notamment du forage pétrolier, pour cimenter rapidement les parois de forage, le ciment obtenu acquérant une résistance mécanique importante en peu de temps, l'objectif étant, en particulier, d'éviter les venues d'eau dans le puits de forage.
De façon totalement surprenante, l'utilisation d'un mélange contenant ce produit Polyvis et de la bentonite s'est révélé particulièrement avantageuse dans le domaine du sciage des roches dures telles que le granite.
Le tableau ci-après présente les résultats obtenus pour divers mélanges.
Les quantités de Na2 CO3, bentonite et Polyvis sont données par m3 d'eau dans ce tableau.
Na2CO3 (kg) Bentonite (kg) Polyvis (kg) Viscosité Plastique (centipoises) Seuil d'écoulement (lbf.pd2) Gel (lbf. pd2)
2 20 0 -- -- --
2 80 0 8 800 400 à 800
2 80 1,5 8 1200 800 à 1000
2 95 3 10 1700 1000 à 1200
Pour obtenir une bonne suspension de la grenaille, il faut maintenir les valeurs de rhéologie assez élevées de l'ordre de :
  • viscosité plastique : 10 centipoises ;
  • seuil d'écoulement : 1500 à 1700 lbf.pd2 ;
  • gel 0/10 : 1000 à 1200 lfb.pd2.
La sédimentation de la grenaille dans ce mélange est d'abord beaucoup plus lente qu'avec le mélange présenté dans l'exemple 1, et ce quelle que soit la taille de la particule de grenaille, puis nulle dès que l'énergie cinétique n'a plus d'effet.
Les résultats pour une concentration finale de 2 à 2,5 kg de Na2CO3, 80 à 90 kg de bentonite, 2,5 à 3 kg de Polyvis par m3 d'eau est d'autant plus spectaculaire qu'une simple agitation manuelle remet en mouvement l'ensemble fluide grenaille.
D'autres minéraux argileux du groupe des smectites tels que la beidellite, la saponite, la stévensite et la nontronite peuvent être envisagés.
Des minéraux argileux appartenant au groupe des chlorites, des illites et vermiculites ou bien encore au groupe des pyrophyllites et du talc peuvent être envisagés tout comme l'attapulgite, la sépiolite.
D'une manière générale, toute composition comprenant au moins un minéral argileux et une quantité plus ou moins importante de Polyvis permettant d'obtenir les propriétés rhéologiques présentées ci-dessus rentre dans le cadre de l'invention.
Les mélanges rhéofludifiants et thixotropes de l'invention permettent :
  • une meilleure répartition de la grenaille le long de la lame, du fil ou de la scie durant l'opération de sciage ;
  • d'éviter le problème de colmatage, fréquent dans l'art antérieur et très problématique lors du redémarrage de l'installation de sciage après un arrêt prolongé. En effet, les mélanges opératoires de sciage se figent dès lors qu'ils ne sont pas agités et toute sédimentation de particules solides devient impossible ou très lente ;
  • un fonctionnement des pompes d'aspiration des boues de sciage plus facile que dans l'art antérieur.
Les mélanges opératoires de sciage de l'invention ne comportent pas nécessairement de chaux.
Il n'est plus nécessaire d'ajouter de l'eau au mélange pour en faciliter le cyclonage.
Une agitation mécanique par brassage mécanique, injection de gaz ou d'air, vibration de parois ou ultrasons permet un redémarrage facile d'une installation de sciage, même après un arrêt prolongé.
La thixotropie du mélange opératoire peut être maintenue, même avec des quantités importantes de poudre de roche ou d'acier.

Claims (8)

  1. Utilisation d'un mélange opératoire thixotrope pour le sciage de roches caractérisée en ce que le mélange opératoire comprend :
    un composé thixotrope comportant un minéral argileux ou une poudre de roche argileuse constituée essentiellement d'un mélange de minéraux argileux, les minéraux argileux étant choisis parmi le groupe comprenant la kaolinite, la berthierine, l'amésite, la chrysolite, les illites et vermiculites, les chlorites, les smectites, les pyrophyllites, le talc, les minéraux argileux interstratifiés,
    un matériau granulaire abrasif choisi parmi le groupe comprenant les métaux et alliages métalliques, notamment de la grenaille d'acier au carbone, ayant une dureté égale ou supérieure à la dureté moyenne de la roche à scier,
    un composé destiné à fixer un pH basique prédéterminé pour le mélange opératoire,
    des hydroxydes métalliques mixtes,
    ledit matériau granulaire abrasif restant en suspension dans ledit mélange sans effet de sédimentation en l'absence d'agitation mécanique.
  2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mélange opératoire comprend de la bentonite.
  3. Utilisation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le composé permettant de fixer le pH du mélange à une valeur prédéterminée est du carbonate de sodium Na2 CO3.
  4. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les hydroxydes métalliques mixtes ont une composition chimique du type: LimDd T (OH-) (m+2d+3+na) Aa n    Où m est le nombre d'ions Li, compris entre 0 et 1,
       D représente les ions métalliques divalents,
       d est le nombre d'ions D, compris entre 0 et 4,
       T représente les ions métalliques trivalents,
       A représente les anions monovalents ou polyvalents de valence n, autres que (OH-),
       a est le nombre d'anions A,
       (m+2d+3+na) étant supérieur ou égal à 3.
  5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le mélange opératoire renferme un polymère se transformant réversiblement de l'état gel à l'état fluide lorsqu'il subit une contrainte ou une vitesse de cisaillement.
  6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la roche à scier est une roche dure choisie parmi le groupe comprenant les roches métamorphiques, les roches magmatiques et les roches sédimentaires de dureté importante telles qu'ardoises, schistes ardoisiers, roches carbonatées, roches silicieuses.
  7. Utilisation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la roche à scier est formée essentiellement de quartz, feldspath alcalin, plagioclase, mica et amphibole et fait partie des granitoïdes.
  8. Utilisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la roche à scier est un granitoïde ornemental choisi parmi le groupe comprenant : les granites porphyroïdes, les pegmatites, les granites saccharoïdes, les granites à grains fins.
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