EP4688676A1 - Fusion et fibrage de laine de roche recyclée - Google Patents

Fusion et fibrage de laine de roche recyclée

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Publication number
EP4688676A1
EP4688676A1 EP24716737.2A EP24716737A EP4688676A1 EP 4688676 A1 EP4688676 A1 EP 4688676A1 EP 24716737 A EP24716737 A EP 24716737A EP 4688676 A1 EP4688676 A1 EP 4688676A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
composition
mass
raw materials
wool
rock wool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24716737.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Elodie CHAUDAN
Frederic Lopepe
Thibault GUILLET
David BOUSQUET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Isover
Saint Gobain Isover SA France
Original Assignee
Saint Gobain Isover
Saint Gobain Isover SA France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Isover, Saint Gobain Isover SA France filed Critical Saint Gobain Isover
Publication of EP4688676A1 publication Critical patent/EP4688676A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00—Fibre or filament compositions
    • C03C13/06—Mineral fibres, e.g. slag wool, mineral wool, rock wool
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/002—Use of waste materials, e.g. slags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
    • C03C3/087—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal containing calcium oxide, e.g. common sheet or container glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
    • C03C3/091—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/143—Feedstock the feedstock being recycled material, e.g. plastics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/60—Glass recycling

Definitions

  • the present invention relates to a raw material composition suitable for being placed in a glass furnace, melted, and then fiberized by internal centrifugation, comprising a rock wool recyclate. Also concerned are the processes for melting and fiberizing by internal centrifugation of this composition, as well as the mineral wool obtained by these processes.
  • the invention also relates to the use of a rock wool recyclate as a source of both AI2O3, CaO and MgO for the manufacture of a mineral wool.
  • Mineral wool is characterised by an interweaving of discontinuous fibres, which distinguishes it from continuous fibres generally intended for the reinforcement of organic or inorganic materials (e.g. cement).
  • Mineral wool may include one or more types of fibres resulting from their production (factory waste), for example during the cutting and/or disposal of mineral wool mattresses, or from construction sites (construction site waste or waste from deconstruction sites) and/or from recycling channels enabling the recovery of such mineral fibres in final products, whether or not they are used.
  • Other types of materials may be associated with mineral fibres, for example paper, aluminium-based or bituminous films, wooden pallet elements.
  • Such mineral fibres can in particular be obtained from raw materials traditionally used in the glass industry or from basalt rocks. We then speak respectively of glass wool and rock wool. These Two types of mineral wool differ from each other in their composition, in their melting process, but also in the associated fiberizing process.
  • a mineral wool has a chemical composition comprising the following constituents:
  • SiO2 30 to 75% by mass
  • AI2O3 0 to 30% by mass
  • rock wool generally refers to mineral wools with fibers whose chemical composition includes the following constituents:
  • SiO2 30 to 50% by mass
  • AI2O3 10 to 22% by mass
  • glass wool generally refers to mineral wools with fibers whose chemical composition includes the following constituents:
  • SiO2 50 to 75% by mass
  • AI2O3 0 to 8% by mass
  • Fe2O3 0 to 3% by mass
  • Na2O+K2O 6 to 20% by mass
  • SiO2 35 to 55% by mass
  • AI2O3 16 to 27% by mass
  • compositions are expressed in the form of oxide by convention.
  • the (total) iron oxide content is expressed in the form Fe2O3, this does not mean that this iron oxide is necessarily and exclusively present in the ferric form.
  • the iron oxide can be present in both its ferric (Fe2O3) and ferrous (FeO) forms, and it is by pure convention that the total iron oxide content is designated by Fe2O3.
  • the sum of the mass concentrations of SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, Na2O, K2O and MnO in the composition of raw materials according to the invention and in the wool compositions described in the present application is greater than or equal to 90%, or even greater than or equal to 95%.
  • mineral wools described above may include other oxides, generally present in trace amounts, such as P2O5 or TiO2.
  • Rock melting generally requires heating the raw materials to significantly higher temperatures than the melting of so-called glass raw materials. It is traditionally carried out in cupola furnaces, heated with large quantities of coke to temperatures around 1500°C. Refractory furnaces, traditionally used for melting glass raw materials, cannot withstand the high temperatures required for melting rock. Similarly, the fiberizing processes of these mineral wools depend directly on their respective composition, and are therefore not interchangeable.
  • the fiberizing process commonly used to produce rock fiber is the so-called external centrifugation process.
  • the material to be fiberized is poured in the molten state onto the peripheral band of rotating centrifugation wheels, is accelerated by these wheels, detaches from them, and is partly transformed into fibers under the effect of centrifugal force, a gas stream being emitted tangentially to the peripheral band of the wheels so as to take charge of the fiberized material by separating it from the non-fiberized material and conveying it to a receiving member.
  • external centrifugation for fiberizing by external centrifugation, reference may be made to patent application EP195725.
  • Such a rock wool fiberization process should be distinguished from that commonly used to fiberize glass wool (low alumina glass or high alumina glass type), known as the internal centrifugation fiberization process. It consists of introducing a stream of the molten stretchable material into a centrifuge, also called a fiberizing plate, rotating at high speed.
  • a fiberizing plate can alternatively be equipped with or without a bottom and is pierced at its periphery by a very large number of orifices through which the material is projected in the form of filaments under the effect of centrifugal force.
  • these filaments are then subjected to the action of an annular gaseous drawing current at high temperature and speed (which can reach 1000°C or even 1200°C for the temperature, and 250 m/s for the speed, depending on the desired product) along the wall of the centrifuge which thins them and transforms them into fibers.
  • an annular gaseous drawing current at high temperature and speed (which can reach 1000°C or even 1200°C for the temperature, and 250 m/s for the speed, depending on the desired product) along the wall of the centrifuge which thins them and transforms them into fibers.
  • rock wool and glass wool both in terms of their composition, their melting process, the physical properties (which result from this) of the molten material leaving the furnace (temperature, viscosity, etc.), and the associated fiberizing process.
  • a rock wool type composition cannot technically be fiberized by internal centrifugation, just as a glass wool type composition cannot technically be fiberized by external centrifugation.
  • the claimed invention aims to provide a technical solution to the drawbacks described above. More particularly, in at least one embodiment, the proposed technique relates to a composition of raw materials suitable for being melted and fiberized by internal centrifugation to obtain a mineral wool, in particular glass wool, characterized in that said composition of raw materials comprises from 1% to 50% (for example from 1% to 40%, or even from 10% to 40%) by mass of rock wool recyclate.
  • a raw material composition is suitable for being fiberized by internal centrifugation when the temperature (Tlog 3) of the glass bath, for a dynamic viscosity of Log 3 Poises, is less than 1400°C, preferably less than 1300°C, more preferably less than 1250°C, better still less than 1200°C, or even less than 1100°C and the difference (Tlog3 - Tliq) between the temperature corresponding to the viscosity value Log 3 Poises and the crystallization temperature of the glass (also called liquidus temperature) is greater than 35°C, preferably greater than 70°C, more preferably greater than 100°C, better still greater than 110°C, or even greater than 120°C, for example greater than 130°C.
  • Dynamic viscosity can be measured using a viscometer suitable for glass.
  • the invention is based on the concept of introducing a rock wool recyclate into a composition of raw materials intended to be melted and then fiberized by internal centrifugation, a fiberizing process usually reserved for the production of mineral wool, in particular glass wool.
  • rock wool recyclates which, due to their composition, are not initially suitable for fiberizing by internal centrifugation, introduces an additional technical difficulty for a person in the art in charge of melting and fiberizing. Despite these technical difficulties, such an addition allows an operator to gain flexibility in the choice of raw materials to use, and thus to seize opportunities that may be temporarily offered by recycling channels organized near the melting and fiberizing facilities.
  • the solution proposed by this invention also has the advantage of being both economical and ecological.
  • glass wool is usually manufactured from natural raw materials, such as feldspar, dolomite and lime, which are expensive and/or emit CO2 and/or penalize the material yield of melting the glass composition.
  • the use of rock wool recyclate as a rich source of AI2O3, CaO and MgO makes it possible to reduce the use of these raw materials.
  • the lower quantities of CO2 and water emitted during the manufacture of glass wool using recycled rock wool also make it possible to improve the material yield, i.e. the ratio between the quantity of raw materials introduced and the quantity of molten glass obtained at the end of the melting of the raw material composition.
  • the use of rock wool also makes it possible to reduce the energy required to melt the raw material composition.
  • the present invention also relates to a use of a rock wool recyclate as a source of both AI2O3, CaO and MgO for the manufacture of mineral wool, in particular glass wool.
  • said composition of raw materials comprises a mass percentage of rock wool of 2% to 38%, for example of 5% to 35%, of 10% to 30%, of 15% to 25%, of 20% to 38%, or of 25% to 38%.
  • said composition of raw materials comprises a mass percentage of rock wool recyclate of 1% to 9%. According to another particular embodiment, said composition of raw materials comprises a mass percentage of rock wool recyclate of 10% to 40%.
  • Rock wool recyclate includes rock wool, but also derived forms such as rock wool crushed or heated to form rock glass agglomerates.
  • the rock wool recyclate entering into said composition of raw materials is a rock wool at least partly bound.
  • bound rock wool here designates mineral wool consisting of mineral fibers carrying on their surface an organic binder, already crosslinked.
  • the rock wool can be coated with a thin layer of sizing or lubricant.
  • the rock wool recyclate entering into said composition of raw materials is at least partly virgin rock wool.
  • virgin rock wool designates rock wool obtained by external centrifugation, the fibers of which are not bound to each other by means of an organic binder, as opposed to bound rock wool.
  • Such virgin rock wool is typically used as blown wool for loft insulation, or sprayed wool for insulation on the underside of slabs.
  • the rock wool recyclate has a chemical composition comprising the following constituents, in mass percentage:
  • SiO2 30 to 50%
  • Fe2O3 0 to 20%, for example 3 to 20%
  • Na2O+K2O 0 to 10%, for example 0 to 8%
  • the rock wool recyclate has a chemical composition comprising the following constituents, in mass percentage:
  • SiO2 40 to 48%
  • AI2O3 14 to 19% (e.g. 15 to 17%)
  • Na2O+K2O 0 to 8% (e.g. 2 to 8%), and
  • rock wool recyclate may have a chemical composition comprising the following constituents, in mass percentage:
  • SiO2 30 to 50%
  • Na2O+K2O 0 to 5%, or even 0 to 4%
  • the rock wool recyclate has a chemical composition comprising the following constituents, in mass percentage:
  • SiO2 40 to 48%
  • AI2O3 14 to 19%, for example 15 to 17%,
  • said composition of raw materials comprises household cullet and/or flat glass cullet.
  • household cullet and/or flat glass makes it possible to gain flexibility in the choice of raw materials to be used.
  • said raw material composition comprises from 0% to 20%, for example from 0% to 15% or even from 0% to 10% of Fe2O3, by mass relative to the mass of solid materials of the raw material composition.
  • said raw material composition comprises at least 2%, preferably at least 5% of Fe2O3, by mass relative to the mass of solid materials of the raw material composition.
  • said raw material composition comprises from 0% to 25%, for example from 0% to 15% or even from 0% to 10% of AI2O3, by mass relative to the mass of solid materials of the raw material composition.
  • said raw material composition comprises at least 2%, more preferably at least 5%, more preferably at least 10%, more preferably at least 20% of AI2O3, by mass relative to the mass of solid materials of the raw material composition.
  • said raw material composition comprises from 20% to 75%, for example from 30% to 75% or from 20% to 60% of SiO2, by mass relative to the mass of solid materials of the raw material composition.
  • the raw material composition may comprise from 37% to 75% (e.g. from 37% to 60%, or from 50% to 75%) SiO2, from 0% to 8% (e.g. example 0% to 6%) of AI2O3, and 0% to 3% of Fe2O3, by mass relative to the mass of solids of the raw material composition.
  • the raw material composition may comprise from 26% to 55% (e.g., from 26% to 41% or from 35% to 55%) SiO2, from 12% to 27% (e.g., from 16% to 27% or from 12% to 24%) Al2O3, and from 0% to 15% (e.g., from 0% to 12%) Fe2O3, by mass relative to the mass of solids of the raw material composition.
  • the mineral wool i.e. target mineral wool
  • the mineral wool has a chemical composition which comprises the following constituents, in mass percentages:
  • SiO2 30 to 75%
  • the mineral wool i.e. target mineral wool
  • the mineral wool has a chemical composition which comprises the following constituents, in mass percentages:
  • SiO2 30 to 75%, for example 39 to 70%
  • AI2O3 0 to 30%, for example 1 to 25%,
  • CaO+MgO 5 to 45%, for example 9 to 22%
  • Na2O+K2O 0 to 20%, for example 1 to 18%
  • CaO+MgO 5 to 45%, for example 5 to 18%
  • the mineral wool i.e. target mineral wool
  • the mineral wool has a chemical composition which comprises the following constituents, in mass percentages:
  • Na2O+K2O 4 to 20%, or even 9 to 18%
  • AI2O3 0 to 8%, for example 1 to 5%
  • the mineral wool i.e. target mineral wool
  • the mineral wool may have a chemical composition that includes the following constituents, in mass percentages:
  • SiO2 35 to 55% (e.g. 40 to 50%),
  • AI2O3 16 to 27% (e.g. 17 to 25%),
  • CaO+MgO 3 to 30% (for example 3 to 18%, or even 14 to 22%)
  • Fe2O3 0 to 15% (e.g. 1 to 8%),
  • Na2O+K2O 5 to 17% (for example 7 to 17%, or even 9 to 17% or even 10 to 14%), and
  • B2O3 0 to 5% (e.g. 0 to 2%), preferably: SiO2: 35 to 55%, AI2O3: 16 to 27%, CaO+MgO: 3 to 30% (e.g. 3 to 18%), Fe2O3: 0 to 15%, Na2O+K2O: 7 to 17%, and B2O3: 0 to 5%; more preferably: SiO2: 35 to 55%, AI2O3: 16 to 27%, CaO+MgO: 3 to 30% (e.g. 3 to 18%), Fe2O3: 0 to 15%, Na2O+K2O: 9 to 17%, and B2O3: 0 to 5%.
  • the invention further relates to a method comprising a step of melting in a glass furnace a composition of raw materials as defined in the present application.
  • such a composition of raw materials can be melted in a glass furnace with submerged and/or emerged burners, in an electric furnace, and/or in a hybrid furnace using at least one burner and electrodes.
  • the molten composition can either be immediately fiberized by internal centrifugation, or be cooled and transformed into cullet, to be later (subsequently) melted again and fiberized by internal centrifugation to obtain a mineral wool.
  • the invention further relates to a method for manufacturing mineral wool, characterized in that it implements such a melting method and a subsequent step of fiberizing by internal centrifugation of the melted raw material composition.
  • the invention further relates to a mineral wool obtained according to such a manufacturing process.
  • a target composition that meets the viscosity criteria for being fiberized by internal centrifugation is selected.
  • such a composition is suitable for being fiberized by internal centrifugation if the temperature (Tlog 3) of the glass bath, for a dynamic viscosity of Log 3 Poises, is less than 1400°C, preferably less than 1300°C, more preferably less than 1250°C, better still less than 1200°C, and the difference (Tlog3 - Tliq) between the temperature corresponding to the viscosity value Log 3 Poises and the crystallization temperature of the glass (also called liquidus temperature) is greater than 35°C, preferably greater than 70°C, more preferably greater than 100°C.
  • a furnace operator uses models relating the chemical composition and dynamic viscosity of a mixture, such as those commonly used by the glass industry.
  • the operator develops his mixture by taking into account the respective chemical composition of each of the raw materials at his disposal, and adjusts the relative proportions of each of these raw materials to obtain the target composition.
  • These raw materials may alternatively or in combination be in the form of pure oxides, salts (such as sodium carbonate, potash, or borax), natural raw materials (silicic sands, dolomite, limestone, waste rock, slag, bauxite, feldspar, anorthosite, felith, etc.) which are already combinations of oxides, glass wool and/or rock waste, which may come from the production of said fibers or from construction sites (construction or deconstruction), possible liquid or solid fuels (plastic of composite material or not, organic materials, coals), and any type of glass cullet.
  • salts such as sodium carbonate, potash, or borax
  • natural raw materials sicic sands, dolomite, limestone, waste rock, slag, bauxite, feldspar, anorthosite, felith, etc.
  • recyclable materials containing combustible (organic) elements such as, for example, mineral fibres (of the type used in reinforcement), laminated glazing with polymer sheets of the polyvinyl butyral type such as windscreens, glass bottles (domestic cullet), or any type of "composite” material combining glass and plastic materials such as certain bottles.
  • combustible (organic) elements such as, for example, mineral fibres (of the type used in reinforcement), laminated glazing with polymer sheets of the polyvinyl butyral type such as windscreens, glass bottles (domestic cullet), or any type of “composite” material combining glass and plastic materials such as certain bottles.
  • glass-metal composites or metal compounds such as functionalised glazing with coatings containing metals.
  • an operator begins by taking into account the respective composition of each of the raw materials at his disposal in order to subsequently adjust the relative proportions of the latter and, empirically, determine and obtain a target composition which, on the basis of the models at its disposal, meets the viscosity criteria to be fiberized by internal centrifugation.
  • the target composition is obtained, it is placed in a glass furnace to be melted. The composition thus melted is then fiberized by internal centrifugation in order to form mineral wool.
  • Example 1 Low alumina glass fiberization
  • the liquidus temperature (Tliq) can be approximated from experimental measurements available in the literature and the temperature Tlog3 can be calculated from the Fluegel model (A. Fluegel, “Glass Viscosity Calculation Based on a Global Statistical Modeling Approach”, Glass Technol.: Europ. J. Glass Sci. Technol. A, vol. 48, 2007, no. 1, p 13-30.).
  • the values mentioned in Table 1 above show that the four target compositions are suitable for internal spin drawing.
  • the operator has as raw materials in particular dolomite, sand, sodium carbonate, borax, raw limestone, felith, potash, manganese, and rock wool recyclate.
  • the compositions of three rock wools are detailed in Table 2 below.
  • the mass proportions (%m) of each of the raw materials are adjusted, as mentioned in Table 3 below, to obtain the target compositions (maximum of 0.2% deviation from the target composition for the majority oxides (i.e. target greater than 1% by mass) and maximum of 0.8% from the target composition for the minority oxides (i.e. target less than 1% by mass)).
  • Table 3 The mass proportions (%m) of each of the raw materials are adjusted, as mentioned in Table 3 below, to obtain the target compositions (maximum of 0.2% deviation from the target composition for the majority oxides (i.e. target greater than 1% by mass) and maximum of 0.8% from the target composition for the minority oxides (i.e. target less than 1% by mass)).
  • the liquidus temperature (Tliq) and the Tlog3 temperature can be determined as shown in Example 1.
  • the values mentioned in Table 4 above show that both target compositions are suitable for internal centrifugal fiberizing.
  • the operator has as raw materials in particular dolomite, bauxite, limestone, potash, sand, soda ash, iron oxide, and rock wool recyclate.
  • the compositions of two rock wools are detailed in Table 2 above.
  • the mass proportions (%m) of each of the raw materials are adjusted, as mentioned in Table 5 below, to obtain the target compositions.
  • Table 6 illustrates the raw material (“RM”) gains achieved by the introduction of rock wool recyclate, for one tonne of glass produced (i.e. after melting of the raw material composition, and before fiberizing) for the raw material composition used to obtain target composition 4 (see table 3).
  • rock wool in a raw material composition for the manufacture of mineral wool makes it possible to improve the material yield. For example, to form one tonne of molten glass (which leads to mineral wool after fiberization) with the target composition 4, 1071.3 kg of raw materials are required with 4% rock wool, compared to 1077.1 kg without rock wool.
  • Table 7 illustrates the gains in terms of CO2 emissions (scope 1) per tonne of glass produced, for the composition of raw materials used to obtain target composition 4 (see table 3), considering the three main contributors of CO2 emissions (scope 1):

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Abstract

L'invention concerne une composition de matières premières adaptée pour être enfournée dans un four verrier, fondue, puis fibrée par centrifugation interne, comprenant un recyclat de laine de roche. Sont également concernés les procédés de fusion et de fibrage par centrifugation interne de cette composition, ainsi que la laine minérale obtenue par ces procédés. L'invention concerne également l'utilisation d'un recyclat de laine de roche comme source à la fois de Al2O3, CaO et MgO pour la fabrication d'une laine minérale.

Description

Description
Titre de l’invention : Fusion et fibrage de laine de roche recyclée
La présente invention concerne une composition de matières premières adaptée pour être enfournée dans un four verrier, fondue, puis fibrée par centrifugation interne, comprenant un recyclât de laine de roche. Sont également concernés les procédés de fusion et de fibrage par centrifugation interne de cette composition, ainsi que la laine minérale obtenue par ces procédés. L’invention concerne également l’utilisation d’un recyclât de laine de roche comme source à la fois de AI2O3, CaO et MgO pour la fabrication d’une laine minérale.
Il est connu de « recycler » un mélange de laine minérale en le faisant fondre dans un four verrier en vue de le fibrer de nouveau. Parmi les nombreux avantages d’un tel recyclage des déchets de laine minérale, on compte notamment l’amélioration du rendement énergétique du four verrier, le mélange de laine minérale collecté étant plus facile à fondre qu’une composition « classique » de matières premières comprenant entre autres de grandes quantités de silice.
Une laine minérale est caractérisée par un enchevêtrement de fibres discontinues, ce qui la distingue de fibres continues généralement destinées au renfort de matières organiques ou inorganiques (par exemple le ciment). La laine minérale peut comprendre un ou plusieurs types dé fibrés issues de leur production (déchets usines), par exemple au cours de la découpe et/ou de la mise au rebut des matelas de laine minérale, ou de chantiers (déchets de chantier de construction ou déchets issus de chantiers de déconstruction) et/ou de filières de recyclage permettant de récupérer de telles fibres minérales dans des produits finaux, qu’ils soient ou non usagés. D’autres types de matières peuvent être associées aux fibres minérales, par exemple des films papier, à base d’aluminium ou bitumineux, des éléments de palettes en bois.
De telles fibres minérales peuvent en particulier être obtenues à partir de matières premières traditionnellement utilisées dans l’industrie verrière ou à partir de roches basaltiques. On parle alors respectivement de laine de verre et de laine de roche. Ces deux types de laine minérale diffèrent l’une de l’autre de par leur composition, de par leur procédé de fusion, mais aussi de par le procédé de fibrage associé.
Au sens de l’invention, une laine minérale présente une composition chimique comprenant les constituants suivants :
SiO2 : 30 à 75% en masse,
CaO+MgO : 5 à 45% en masse,
AI2O3 : 0 à 30% en masse,
Na2O+K2O : 0 à 20% en masse,
Fe2O3 : 0 à 20% en masse,
B2O3. : 0 à 14% en masse,
MnO : 0 à 4% en masse.
L’appellation laine de roche fait généralement référence à des laines minérales présentant des fibres dont la composition chimique comprend les constituants suivants :
SiO2 : 30 à 50% en masse,
AI2O3 : 10 à 22% en masse,
CaO+MgO : 20 à 45% en masse,
Fe2O3 : 0 à 20% en masse,
Na2O+K2O : 0 à 10% en masse,
B2O3 : 0 à 1% en masse.
Par contraste, l’appellation laine de verre fait généralement référence à des laines minérales présentant des fibres dont la composition chimique comprend les constituants suivants :
- Pour les laines de verre dites basse alumine :
SiO2 : 50 à 75% en masse,
AI2O3 : 0 à 8% en masse,
CaO+MgO : 5 à 20% en masse,
Fe2O3 : 0 à 3% en masse, Na2O+K2O : 6 à 20% en masse,
B2O3 : 0 à 14% en masse,
MnO : 0 à 4% en masse ;
- Pour les laines de verre dites haute alumine :
SiO2 : 35 à 55% en masse,
AI2O3 : 16 à 27% en masse,
CaO+MgO : 3 à 30% en masse,
Fe2O3 : 0 à 15% en masse,
Na2O+K2O : 5 à 17% en masse,
B2O3 : 0 à 5% en masse.
Dans la présente demande, les compositions sont exprimées sous forme d’oxyde par convention. En particulier, si l’on exprime la teneur (totale) en oxyde de fer sous la forme Fe2O3, cela ne signifie pas que cet oxyde de fer est nécessairement et exclusivement présent sous la forme ferrique. L’oxyde de fer peut être présent à la fois sous ses formes ferrique (Fe2O3) et ferreuse (FeO), et c’est par pure convention que l’on désigne par Fe2O3 la teneur totale en oxyde de fer.
De préférence, la somme des concentrations massiques en SiO2, AI2O3, CaO, MgO, Fe2O3, Na2O, K2O et MnO dans la composition de matières premières selon l’invention et dans les compositions de laine décrites dans la présente demande est supérieure ou égale à 90%, voire supérieure ou égale à 95%.
Il est bien entendu que les laines minérales décrites ci-dessus peuvent comprendre d’autres oxydes, en général présents à l’état de traces, tels que P2O5 ou TiO2.
La fusion de roche (basalte ou laitier de hauts fourneaux) nécessite généralement un chauffage des matières premières à des températures significativement plus élevées que la fusion des matières premières dites verrières. Elle est traditionnellement mise en œuvre dans des fours de type cubilot, chauffés avec de grandes quantités de coke à des températures voisines de 1500°C. Les fours à réfractaires, utilisés classiquement pour la fusion des matières premières verrières, ne supportent en effet pas les températures élevées nécessaires à la fusion de la roche. De même, les procédés de fibrage de ces laines minérales dépendent directement de leur composition respective, et ne sont donc pas interchangeables.
Ainsi, le procédé de fibrage couramment utilisé pour produire de la fibre de roche est le procédé dit par centrifugation externe. Pour ce dernier, la matière à fibrer est déversée à l’état fondu sur la bande périphérique de roues de centrifugation mues en rotation, est accélérée par ces roues, s’en détache, et est transformée pour partie en fibres sous l’effet de la force centrifuge, un courant gazeux étant émis tangentiellement à la bande périphérique des roues de manière à prendre en charge la matière fibrée en la séparant de la matière non fibrée et à l’acheminer vers un organe récepteur. On peut par exemple se reporter, pour le fibrage par centrifugation externe, à la demande de brevet EP195725.
Un tel procédé de fibrage de laine de roche est à distinguer de celui couramment utilisé pour fibrer une laine de verre (type verre basse alumine ou verre haute alumine), dit procédé de fibrage par centrifugation interne. Il consiste à introduire un filet de la matière étirable à l’état fondu dans un centrifugeur, encore appelé assiette de fibrage, tournant à grande vitesse. Une telle assiette de fibrage peut alternativement être équipée ou non d’un fond et est percée à sa périphérie par un très grand nombre d’orifices par lesquels la matière est projetée sous forme de filaments sous l’effet de la force centrifuge. Au moyen d’un brûleur de forme annulaire, ces filaments sont alors soumis à l’action d’un courant annulaire gazeux d’étirage à température et vitesse élevées (pouvant atteindre 1000°C voire 1200 °C pour la température, et 250 m/s pour la vitesse, en fonction du produit souhaité) longeant la paroi du centrifugeur qui les amincit et les transforme en fibres.
Il existe donc des différences notables entre la laine de roche et la laine de verre, tant au regard de leur composition, de leur procédé de fusion, des propriétés physiques (qui en découlent) de la matière fondue sortant du four (température, viscosité etc.), et du procédé de fibrage associé. Concernant ce dernier aspect, il convient de noter qu’une composition type laine de roche ne peut techniquement pas être fibrée par centrifugation interne, de même qu’une composition type laine de verre ne peut techniquement pas être fibrée par centrifugation externe.
Au regard de ces différences techniques, et dans le contexte d’un recyclage de fibres usagées, il est donc naturel pour une personne du métier de dédier le recyclage de laine de roche à la production de laine de roche exclusivement, et de dédier le recyclage de laine de verre à la production de laine de verre exclusivement, sans jamais envisager de mélanger ces deux domaines techniques distincts.
Le cloisonnement strict existant entre l’utilisation des déchets de laine de verre d’une part, et des déchets de laine de roche d’autre part, présente cependant l’inconvénient de complexifier les filières d’approvisionnement associées, en multipliant les lieux de stockage et/ou les distances de transport ou d’effectuer un tri en amont de la mise dans le bain de fusion.
L’invention revendiquée vise à fournir une solution technique aux inconvénients décrits ci-dessus. Plus particulièrement, dans au moins un mode de réalisation, la technique proposée se rapporte à une composition de matières premières adaptée pour être fondue et fibrée par centrifugation interne pour l’obtention d’une laine minérale, en particulier de laine de verre, caractérisée en ce que ladite composition de matières premières comprend de 1 % à 50% (par exemple de 1 % à 40%, voire de 10% à 40%) en masse de recyclât de laine de roche.
Au sens de l’invention, une composition de matières premières est adaptée pour être fibrée par centrifugation interne dès lors que la température (Tlog 3) du bain de verre, pour une viscosité dynamique de Log 3 Poises, est inférieure à 1400°C, préférentiellement inférieure à 1300°C, plus préférentiellement inférieure à 1250°C, mieux encore inférieure à 1200°C, voire inférieure à 1100°C et que la différence (Tlog3 - Tliq) entre la température correspondant à la valeur de viscosité Log 3 Poises et la température de cristallisation du verre (également appelée température du liquidus) est supérieure à 35°C, préférentiellement supérieure à 70°C, plus préférentiellement supérieure à 100 °C, mieux encore supérieure à 110°C, voire même supérieure 120°C, par exemple supérieure à 130°C. De manière connue dans le domaine de la fusion du verre, la viscosité dynamique s’exprime en Log N Poises, ce qui correspond à 10N Poises (et 1 Poise = 0,1 Pa.s), chaque valeur de viscosité correspondant à une température donnée du bain de verre. La viscosité dynamique peut être mesurée à l’aide d’un viscosimètre adapté au verre. L’invention repose sur le concept consistant à introduire un recyclât de laine de roche dans une composition de matières premières destinée à être fondue puis fibrée par centrifugation interne, procédé de fibrage usuellement réservé à la production de laine minérale, en particulier de laine de verre. L’ajout de recyclats de laine de roche qui, de par leur composition, ne sont initialement pas adaptés à un fibrage par centrifugation interne, introduit une difficulté technique supplémentaire pour une personne du métier en charge de la fusion et du fibrage. En dépit de ces difficultés techniques, un tel ajout permet à un opérateur de gagner en flexibilité dans le choix des matières premières à utiliser, et ainsi de saisir des opportunités pouvant être offertes temporairement par des filières de recyclage organisées à proximité des installations de fusion et de fibrage.
La solution proposée par cette invention présente également l’avantage d’être à la fois économique et écologique. En effet, la laine de verre est habituellement fabriquée à partir de matières premières naturelles, telles que le feldspath, la dolomie et la chaux, qui sont coûteuses et/ou émettrices de CO2 et/ou pénalisant le rendement matière de fusion de la composition verrière. L’utilisation de recyclât de laine de roche comme une source riche en AI2O3, CaO et MgO permet de réduire l’utilisation de ces matières premières. Les plus faibles quantités de CO2 et d’eau émises au cours de la fabrication de la laine de verre utilisant la laine de roche recyclée, permettent en outre d’améliorer le rendement de matière, c’est-à-dire le rapport entre la quantité de matières premières introduite et la quantité de verre fondu obtenu à l’issue de la fusion de la composition de matières premières. L’utilisation de la laine de roche permet également de diminuer l’énergie nécessaire à la fusion de la composition de matières premières.
Ainsi, la présente invention porte également sur une utilisation d’un recyclât de laine de roche comme source à la fois de AI2O3, CaO et MgO pour la fabrication d’une laine minérale, en particulier de laine de verre.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend un pourcentage massique de laine de roche de 2% à 38%, par exemple de 5% à 35%, de 10% à 30%, de 15% à 25%, de 20% à 38%, ou de 25% à 38%.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend un pourcentage massique de recyclât de laine de roche de 1 % à 9 %. Selon un autre mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend un pourcentage massique de recyclât de laine de roche de 10% à 40 %.
Le recyclât de laine de roche englobe la laine de roche, mais également des formes dérivées telles qu’une laine de roche broyée ou chauffée pour former des agglomérats de verre roche.
Selon un mode de réalisation particulier, le recyclât de laine de roche entrant dans ladite composition de matières premières est une laine de roche au moins en partie liée. Au sens de l’invention, l’expression « laine de roche liée » désigne ici de la laine minérale constituée de fibres minérales portant à leur surface un liant organique, déjà réticulé. Alternativement, la laine de roche peut être enrobée d’une mince couche d’ensimage ou de lubrifiant.
Selon un mode de réalisation particulier, le recyclât de laine de roche entrant dans ladite composition de matières premières est une laine de roche au moins en partie vierge. Au sens de l’invention, l’expression « laine de roche vierge » désigne la laine de roche obtenue par centrifugation externe, dont les fibres ne sont pas liées les unes aux autres au moyen d’un liant organique, par opposition à une laine de roche liée. Une telle laine de roche vierge est typiquement utilisée en tant que laine à souffler pour l’isolation de combles, ou laine à projeter pour l’isolation en sous face de dalle.
Selon un mode de réalisation particulier, le recyclât de laine de roche présente une composition chimique comprenant les constituants suivants, en pourcentage massique :
SiO2 : 30 à 50%,
AI2O3 : 10 à 22%,
CaO+MgO : 20 à 45%,
Fe2O3 : 0 à 20%, par exemple de 3 à 20%,
Na2O+K2O : 0 à 10%, par exemple de 0 à 8%, et
B2O3 : O à 1 %.
Selon un mode de réalisation plus particulier, le recyclât de laine de roche présente une composition chimique comprenant les constituants suivants, en pourcentage massique :
SiO2 : 40 à 48%, AI2O3 : 14 à 19% (par exemple 15 à 17%),
CaO+MgO : 24 à 33%,
Fe2O3 : 3 à 20 %,
Na2O+K2O : 0 à 8% (par exemple 2 à 8%), et
B2O3 : O à 1 %.
Par exemple, le recyclât de laine de roche peut présenter une composition chimique comprenant les constituants suivants, en pourcentage massique :
SiO2 : 30 à 50%,
AI2O3 : 10 à 22%,
CaO+MgO : 20 à 45%,
Fe2O3 : 3 à 20 %,
Na2O+K2O : 0 à 5%, voire 0 à 4%, et
B2O3 : O à 1 %.
Selon un mode de réalisation encore plus particulier, le recyclât de laine de roche présente une composition chimique comprenant les constituants suivants, en pourcentage massique :
SiO2 : 40 à 48%,
AI2O3 : 14 à 19%, par exemple 15 à 17%,
CaO+MgO : 24 à 33%,
Fe2O3 : 5 à 12 %,
Na2O+K2O : 2 à 4%, et
B2O3 : O à 1 %.
La description détaillée fait état de trois compositions exemples de recyclats de laine de roche, sous les dénominations « laine de roche 1 » « laine de roche 2 », et « laine de roche 3 » (compositions décrites dans les exemples ci-dessous) qui entrent dans ces plages de composition et sont couramment utilisées dans l’industrie de l’isolation. De tels déchets peuvent donc être collectés sur de nombreux sites de production et/ou chantiers de construction/déconstruction. Selon un mode de réalisation particulier, le recyclât de laine de roche présente une composition sans bore. Une telle composition trouve notamment une application dans l’industrie de l’isolation.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend du calcin ménager et/ou du calcin de verre plat. L’ajout de calcin ménager et/ou de verre plat permet de gagner en flexibilité dans le choix des matières premières à utiliser.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend de 0% à 20%, par exemple de 0% à 15% voire de 0% à 10% de Fe2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières. Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend au moins 2%, préférentiellement au moins 5% de Fe2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières. Une teneur accrue en Fe2O3 de la composition de matières premières permet après fibrage d’accroître la température maximum de service de la fibre obtenue. En d’autres termes, une telle fibre présente une meilleure tenue à des températures plus élevées.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend de 0% à 25%, par exemple de 0% à 15% voire de 0% à 10% d’AI2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières. Selon un mode de réalisation particulier ladite composition de matières premières comprend au moins 2%, plus préférentiellement au moins 5%, plus préférentiellement au moins 10%, plus préférentiellement au moins 20% d’AI2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend de 20% à 75%, par exemple de 30% à 75% ou de 20% à 60% de SiO2, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.
Plus particulièrement, la composition de matières premières peut comprendre de 37% à 75% (par exemple de 37% à 60%, ou de 50% à 75%) de SiO2, de 0% à 8% (par exemple de 0% à 6%) de AI2O3, et de 0% à 3% de Fe2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.
En variante, la composition de matières premières peut comprendre de 26% à 55% (par exemple de 26% à 41 % ou de 35 à 55%) de SiO2, de 12% à 27% (par exemple de 16% à 27% ou de 12% à 24%) d’AI2O3, et de 0% à 15% (par exemple de 0% à 12%) de Fe2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.
Selon un mode de réalisation particulier, la laine minérale (i.e. laine minérale cible) a une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentages massiques :
SiO2 : 30 à 75%,
AI2O3 : 0 à 30%,
CaO+MgO : 3 à 45%,
Fe2O3 : 0 à 20%,
Na2O+K2O : 4 à 20 %,
B2O3 : 0 à 14%, et
MnO : 0 à 4%.
Selon un mode de réalisation particulier, la laine minérale (i.e. laine minérale cible) a une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentages massiques :
SiO2 : 30 à 75%, par exemple 39 à 70%,
AI2O3 : 0 à 30%, par exemple 1 à 25%,
CaO+MgO : 5 à 45%, par exemple 9 à 22%,
Fe2O3 : 0 à 20%, par exemple 0 à 10%,
Na2O+K2O : 0 à 20 %, par exemple 1 à 18%,
B2O3 : 0 à 14%, et
MnO : 0 à 4%.
Selon un mode de réalisation particulier, la laine minérale (i.e. laine minérale cible) a une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentages massiques : SiO2 : 30 à 75%, par exemple 39 à 70%,
AI2O3 : 0 à 30%, par exemple 1 à 25%,
CaO+MgO : 5 à 45%, par exemple 5 à 18%,
Fe2O3 : 0 à 20%, par exemple 0 à 10%,
Na2O+K2O : 4 à 20 %, par exemple 5 à 18%, voire 9 à 18%,
B2O3 : 0 à 14%, et
MnO : 0 à 4%.
Selon un mode de réalisation particulier, la laine minérale (i.e. laine minérale cible) a une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentages massiques :
SiO2 : 35 à 75%,
AI2O3 : 0 à 27%,
CaO+MgO : 5 à 45%, par exemple 5 à 18%,
Fe2O3 : O à 15%,
Na2O+K2O : 4 à 20 %, voire 9 à 18%,
B2O3 : 0 à 14%, et
MnO : 0 à 4%.
Par exemple, la laine minérale (i.e. laine minérale cible) peut avoir une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentages massiques :
SiO2 : 30 à 75%, par exemple 39 à 70%,
AI2O3 : 0 à 30%, par exemple 1 à 25%,
CaO+MgO : 5 à 18%,
Fe2O3 : 0 à 20%, par exemple 0 à 10%,
Na2O+K2O : 4 à 20 %,
B2O3 : 0 à 14%, et
MnO : 0 à 4%.
Plus particulièrement, la laine minérale (i.e. laine minérale cible) peut avoir une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentages massiques : SiO2 : 50 à 75%, par exemple 60 à 70%,
AI2O3 : 0 à 8%, par exemple 1 à 5%,
CaO+MgO : 5 à 20%, par exemple 9 à 14%,
Fe2O3 : 0 à 3%, par exemple 0 à 1 %,
Na2O+K2O : 6 à 20%, par exemple 12 à 18 %,
B2O3 : O à 14%, et
MnO : 0 à 4%.
En variante, la laine minérale (i.e. laine minérale cible) peut avoir une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentages massiques :
SiO2 : 35 à 55% (par exemple 40 à 50%),
AI2O3 : 16 à 27% (par exemple 17 à 25%),
CaO+MgO : 3 à 30% (par exemple 3 à 18%, voire 14 à 22%),
Fe2O3 : 0 à 15% (par exemple 1 à 8%),
Na2O+K2O : 5 à 17% (par exemple 7 à 17%, ou même 9 à 17% voire 10 à 14%), et
B2O3 : 0 à 5% (par exemple 0 à 2%), de préférence : SiO2 : 35 à 55%, AI2O3 : 16 à 27%, CaO+MgO : 3 à 30% (par exemple 3 à 18%), Fe2O3 : 0 à 15%, Na2O+K2O : 7 à 17%, et B2O3 : 0 à 5% ; mieux encore : SiO2 : 35 à 55%, AI2O3 : 16 à 27%, CaO+MgO : 3 à 30% (par exemple 3 à 18%), Fe2O3 : 0 à 15%, Na2O+K2O : 9 à 17%, et B2O3 : 0 à 5%.
Il est à noter qu’une personne du métier dispose des connaissances générales pour, sur la base d’essais de routine, adapter le reste de la composition de matières premières de sorte que cette dernière satisfasse aux spécifications techniques d’un fibrage par centrifugation interne. L’invention se rapporte de plus à un procédé comprenant une étape de fusion dans un four verrier d’une composition de matières premières telle que définie dans la présente demande.
De manière connue, une telle composition de matières premières peut être fondue dans un four verrier à brûleurs immergés et/ou émergés, dans un four électrique, et/ou dans un four hybride mettant à la fois en œuvre au moins un brûleur et des électrodes. En sortie de four, la composition fondue peut soit être immédiatement fibrée par centrifugation interne, soit être refroidie et transformée en calcin, pour être plus tard (de manière subséquente) de nouveau fondue et fibrée par centrifugation interne pour l’obtention d’une laine minérale.
L’invention se rapporte de plus à un procédé de fabrication de laine minérale caractérisé en ce qu’il met en œuvre un tel procédé de fusion et une étape subséquente de fibrage par centrifugation interne de la composition de matières premières fondue.
L’invention se rapporte de plus à une laine minérale obtenue selon un tel procédé de fabrication.
Une méthode générale pouvant être mise en œuvre par un opérateur de four pour élaborer une composition de matières premières selon l’invention est détaillée dans la suite de la description.
Au cours d’une première étape, une composition cible qui satisfait les critères de viscosité pour être fibrée par centrifugation interne est sélectionnée. Au sens de l’invention, une telle composition est adaptée pour être fibrée par centrifugation interne si la température (Tlog 3) du bain de verre, pour une viscosité dynamique de Log 3 Poises, est inférieure à 1400°C, préférentiellement inférieure à 1300°C, plus préférentiellement inférieure à 1250°C, mieux encore inférieure à 1200°C, et que la différence (Tlog3 - Tliq) entre la température correspondant à la valeur de viscosité Log 3 Poises et la température de cristallisation du verre (également appelée température du liquidus) est supérieure à 35°C, préférentiellement supérieure à 70°C, plus préférentiellement supérieure à 100 °C. Afin d’aider à la sélection de cette composition cible, un opérateur de four fait appel à des modèles mettant en relation la composition chimique et la viscosité dynamique d’un mélange, tels que ceux communément utilisés par les industries du verre.
Dans un contexte industriel et de manière connue, d’autres considérations peuvent également être prises en compte dans la sélection de la composition cible, telles que le coût final de la composition, l’énergie requise pour la fusion de cette dernière, et le respect de certaines plages de concentration en composés chimiques.
Au cours d’une deuxième étape, l’opérateur élabore son mélange en prenant en compte la composition chimique respective de chacune des matières premières à sa disposition, et ajuste les proportions relatives de chacune de ces matières premières pour obtenir la composition cible.
Ces matières premières peuvent alternativement ou en combinaison se présenter sous la forme d’oxydes purs, de sels (tels que le carbonate de sodium, la potasse, ou le borax), de matières premières naturelles (sables siliciques, dolomie, calcaire, stériles, scories, bauxite, feldspath, anorthosite, félithe, etc.) qui sont déjà des combinaisons d’oxydes, de déchets de laine de verre et/ou de roche, qui peuvent être issus de la production desdites fibres ou de chantiers (construction ou déconstruction), de combustibles liquides ou solides éventuels (plastique de matériau composite ou non, matières organiques, charbons), et de tout type de calcin de verre. Sont également inclus des matériaux recyclables contenant des éléments combustibles (organiques) tels que par exemple, les fibres minérales (du type de celles utilisées dans le renforcement), les vitrages feuilletés avec des feuilles de polymère du type polyvinyle de butyral tels que des parebrises, des bouteilles en verre (calcin ménager), ou tout type de matériau « composite » associant du verre et des matériaux plastiques tels que certaines bouteilles. Sont également recyclables les « composites verre-métal ou composés métalliques » tels que vitrages fonctionnalisés avec des revêtements contenant des métaux.
A noter que selon un mode de réalisation alternatif, un opérateur commence par prendre en compte la composition respective de chacune des matières premières à sa disposition pour par la suite ajuster les proportions relatives de ces dernières et, de manière empirique, déterminer et obtenir une composition cible qui, sur la base des modèles à sa disposition, satisfait aux critères de viscosité pour être fibrée par centrifugation interne.
Une fois la composition cible obtenue, elle est enfournée dans un four verrier pour y être fondue. La composition ainsi fondue est par la suite fibrée par centrifugation interne afin de former une laine minérale.
Exemples
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lumière des exemples suivants, qui sont donnés à titre purement illustratif et n’ont pas pour but de limiter la portée de l’invention, définie par les revendications annexées.
Exemple 1 : Fibrage de verre basse alumine
Les quatre compositions cibles de laine de verre basse alumine décrites dans le Tableau 1 ci-dessous sont sélectionnées par un opérateur de four. [Table 1]
%m. : % massique Pour ces quatre compositions cibles, la température du liquidus (Tliq) peut être approximée à partir des mesures expérimentales disponibles dans la littérature et la température Tlog3 peut être calculée à partir du modèle de Fluegel (A. Fluegel, « Glass Viscosity Calculation Based on a Global Statistical Modeling Approach », Glass Technol. : Europ. J. Glass Sci. Technol. A, vol. 48, 2007, no. 1 , p 13-30.). Les valeurs mentionnées dans le Tableau 1 ci-dessus montrent que les quatre compositions cibles sont adaptées au fibrage par centrifugation interne.
Afin d’obtenir ces compositions cibles, l’opérateur dispose comme matières premières notamment de dolomie, sable, carbonate de sodium, borax, calcaire cru, félithe, potasse, manganèse, et de recyclât de laine de roche. Les compositions de trois laines de roche sont détaillées dans le Tableau 2 ci-dessous.
[Table 2]
Les proportions massiques (%m) de chacune des matières premières sont ajustées, tels que mentionnées dans le Tableau 3 ci-dessous, pour l’obtention des compositions cibles (maximum de 0,2% de déviation par rapport à la composition cible pour les oxydes majoritaires (i.e. cible supérieure à 1 % en masse) et maximum de 0,8% par rapport à la composition cible pour les oxydes minoritaires (i.e. cible inférieure à 1 % en masse)). [Table 3]
Partant de chacune des compositions de laine de roche 1 , 2 et 3, en y ajoutant des matières premières adaptées, les inventeurs ont ainsi pu obtenir des compositions cibles de laines basse alumine qui présentent une concentration massique en fibres de roche de 1 à 20% dans le mélange vitrifiable, tout en satisfaisant les critères nécessaires à un fibrage par centrifugation interne. Les inventeurs ont également démontré que l’utilisation de la laine de roche permettait de diminuer voire de s’affranchir de certaines matières premières émettrices de CO2 (e.g. calcaire et dolomie : 0% pour la composition cible 4 utilisant 4% de laine de roche) ou coûteuses (e.g. feldspath). Exemple 2 : Fibrage de verre haute alumine
Les deux compositions cibles de laine de verre haute alumine suivantes décrites dans le Tableau 4 ci-dessous sont sélectionnées par un opérateur de four. [Table 4]
Pour ces deux compositions cibles, la température du liquidus (Tliq) et la température Tlog3 peuvent être déterminées comme indiqué dans l’exemple 1. Les valeurs mentionnées dans le Tableau 4 ci-dessus montrent que les deux compositions cibles sont adaptées au fibrage par centrifugation interne.
Afin d’obtenir ces compositions cibles, l’opérateur dispose comme matières premières notamment de dolomie, de bauxite, calcaire, potasse, sable, carbonate de soude, oxyde de fer, et de recyclât de laine de roche. Les compositions de deux laines de roche sont détaillées dans le Tableau 2 ci-dessus. Les proportions massiques (%m) de chacune des matières premières sont ajustées, tels que mentionnées dans le Tableau 5 ci-dessous, pour l’obtention des compositions cibles.
[Table 5]
Partant de chacune des compositions de laine de roche 1 et 2, en y ajoutant des matières premières adaptées, les inventeurs ont ainsi pu obtenir des compositions cibles qui présentent une concentration massique en fibres de roche de 13 à 37%, tout en satisfaisant les critères nécessaires à un fibrage par centrifugation interne.
Exemple 3 : Gains économiques et énergétiques
Le tableau 6 ci-dessous illustre les gains de matières premières (« MP ») réalisés par l’introduction de recyclât de laine de roche, pour une tonne de verre produite (i.e. après fusion de la composition de matières premières, et avant fibrage) pour la composition de matières premières utilisée pour obtenir la composition cible 4 (cf tableau 3).
[Table 6]
‘Pourcentage massique de recyclât de laine de roche 3 dans la composition de matières premières (cf tableau 3)
L’utilisation de laine de roche dans une composition de matières premières pour la fabrication d’une laine minérale permet d’améliorer le rendement matière. Par exemple, pour former une tonne de verre fondu (qui conduit à une laine minérale après fibrage) ayant la composition cible 4, 1071 ,3 kg de matières premières sont nécessaires avec 4% de laine de roche, contre 1077,1 kg sans laine de roche.
Le tableau 7 ci-dessous illustre les gains en termes d’émission de CO2 (scope 1 ) par tonne de verre produite, pour la composition de matières premières utilisée pour obtenir la composition cible 4 (cf tableau 3), en considérant les trois principaux contributeurs d’émissions de CO2 (scope 1 ):
- la dolomie, qui a un facteur d’émission de CO2 de 0,47 t CO2 / 1 MP,
- le carbonate de sodium, qui a un facteur d’émission de CO2 de 0,41 t CO2 / 1 MP,
- le calcaire cru, qui a un facteur d’émission de CO2 de 0,41 t CO2 / 1 MP.
[Table 7]
‘Pourcentage massique de recyclât laine de roche 3 dans la composition de matières premières (cf tableau 3) L’utilisation de laine de roche dans une composition de matières premières pour la fabrication d’une laine minérale permet de diminuer les émissions de CO2 (scope 1 ). Par exemple, pour former un verre fondu (qui conduit à une laine minérale après fibrage) ayant la composition cible 4, l’introduction de 1 % à 4% de laine de roche permet de diminuer de 5% à 17% les émissions de CO2, notamment CO2 (scope 1 ).

Claims

Revendications
1. Composition de matières premières adaptée pour être fondue et fibrée par centrifugation interne pour l’obtention d’une laine minérale, caractérisée en ce qu’elle comprend de 1 % à 50% en masse de recyclât de laine de roche.
2. Composition de matières premières selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu’elle comprend au moins 2%, préférentiellement au moins 5% de Fe2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.
3. Composition de matières premières selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins 2%, préférentiellement au moins 5% d’AI2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.
4. Composition de matières premières selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le recyclât de laine de roche présente une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentage massique :
SiO2 : 30 à 50%,
AI2O3 : 10 à 22%,
CaO+MgO : 20 à 45%,
Fe2O3 : 0 à 20%, par exemple 3 à 20%,
Na2O+K2O : 0 à 8%,
B2O3 : O à 1 %.
5. Composition de matières premières selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le recyclât de laine de roche présente une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentage massique :
SiO2 : 30 à 50%,
AI2O3 : 10 à 22%,
CaO+MgO : 20 à 45%,
Fe2O3 : 3 à 20%, Na2O+K2O : 0 à 8%, voire 0 à 5%,
B2O3 : O à 1 %.
6. Composition de matières premières selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le recyclât de laine de roche présente une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentage massique :
SiO2 : 40 à 48%,
AI2O3 : 14 à 19%,
CaO+MgO : 24 à 33%,
Fe2O3 : 5 à 12 %,
Na2O+K2O : 2 à 4%,
B2O3 : O à 1 %.
7. Composition de matières premières selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu’elle comprend de 1 à 40%, par exemple de 10 à 40% en masse de recyclât de laine de roche.
8. Composition de matières premières selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite laine minérale présente une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentages massiques :
SiO2 : 30 à 75%, par exemple 39 à 70%,
AI2O3 : 0 à 30%, par exemple 1 à 25%,
CaO+MgO : 5 à 45%, par exemple 5 à 18%,
Fe2O3 : 0 à 20%, par exemple 0 à 10%,
Na2O+K2O : 4 à 20 %, par exemple 9 à 18%,
B2O3 : O à 14%,
MnO : 0 à 4%.
9. Composition de matières premières selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite laine minérale présente une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentages massiques :
SiO2 : 30 à 75%,
AI2O3 : 0 à 30%,
CaO+MgO : 5 à 18%, Fe2O3 : 0 à 20%,
Na2O+K2O : 4 à 20 %,
B2O3 : 0 à 14%,
MnO : 0 à 4%.
10. Composition de matières premières selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ladite laine minérale présente une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentages massiques : a) SiO2 : 50 à 75%, par exemple 60 à 70%,
AI2O3 : 0 à 8%, par exemple 1 à 5%,
CaO+MgO : 5 à 20%, par exemple 9 à 14%,
Fe2O3 : 0 à 3%, par exemple 0 à 1 %,
Na2O+K2O : 6 à 20%, par exemple 12 à 18 %,
B2O3 : O à 14%,
MnO : 0 à 4 % ; ou b) SiO2 : 35 à 55%, par exemple 40 à 50%,
AI2O3 : 16 à 27%, par exemple 17 à 25%,
CaO+MgO : 3 à 30%, par exemple 3 à 18%,
Fe2O3 : 0 à 15%, par exemple 1 à 8%,
Na2O+K2O : 5 à 17%, par exemple 7 à 17%, voire 9 à 17%, B2O3 : 0 à 5%, par exemple 0 à 2%.
11. Composition de matières premières selon l’une quelconque des revendication
1 à 10, caractérisée en ce que ladite laine minérale présente une composition chimique qui comprend les constituants suivants, en pourcentages massiques :
SiO2 : 35 à 55%,
AI2O3 : 16 à 27%,
CaO+MgO : 3 à 18%,
Fe2O3 : O à 15%,
Na2O+K2O : 9 à 17%,
B2O3 : 0 à 5%.
12. Procédé comprenant une étape de fusion dans un four verrier d’une composition de matières premières selon l’une des revendications 1 à 1 1.
13. Procédé de fabrication de laine minérale caractérisé en ce qu’il met en œuvre un procédé de fusion selon la revendication 12, et une étape subséquente de fibrage par centrifugation interne de la composition de matières premières fondue.
14. Laine minérale obtenue selon un procédé de fabrication selon la revendication 13.
15. Utilisation d’un recyclât de laine de roche comme source à la fois de AI2O3, CaO et MgO pour la fabrication d’une laine minérale.
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