FR2753110A1 - Dense powder - Google Patents
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Abstract
Description
Poudre dense à base de poussiéres de silice
Domaine de l'invention
L'invention concerne le domaine des poussières de silice résultant de la filtration des fumées des fours électriques utilisés pour la production de silicium métallurgique, de ferrosilicium ou d'alliages de silicium. Ces poussières sont utilisées notamment comme additifs dans les ciments et bétons.Dense powder based on silica dust
Field of the invention
The invention relates to the field of silica dust resulting from the filtration of fumes from electric furnaces used for the production of metallurgical silicon, ferrosilicon or silicon alloys. These dusts are used in particular as additives in cements and concrete.
Ltat de la technique
L'élaboration au four électrique du silicium, du ferrosilicium et des alliages de silicium dégage de grandes quantités de famées qu'il est nécessaire de filtrer pour éviter leur rejet dans l'atmosphère. Les poussières résultant de cette íiltration sont constituées essentiellement de fines particules de silice colloïdale, de taille élémentaire comprise entre 0,01 et 0,60 Fm, rassemblées en agrégats de dimension maximale comprise entre 0,2 et 1 am. Ces poussières présentent une faible masse volumique, de l'ordre de 120 à 180 kg/m3, ce qui entraxe un coût élevé de transport par unité de poids entre le producteur et le lieu d'utilisation.State of the art
The production of silicon, ferrosilicon and silicon alloys in an electric furnace releases large quantities of famées which must be filtered to prevent their release into the atmosphere. The dust resulting from this íiltration consists essentially of fine particles of colloidal silica, with an elementary size of between 0.01 and 0.60 Fm, collected in aggregates with a maximum dimension of between 0.2 and 1 am. This dust has a low density, of the order of 120 to 180 kg / m3, which entails a high cost of transport per unit of weight between the producer and the place of use.
On a donc été conduit, pour réduire leur coût de transport, à recourir à divers traitements. On a proposé d'abord de former avec la silice une pâte aqueuse par addition d'eau. On obtient ainsi des mélanges assez stables eau-silice contenant de 30% à 70% en poids de chacun des constituants. Toutefois, le transport d'une quantité importante d'eau n'est pas une solution très rationnelle sur le plan économique.In order to reduce their transport cost, we have therefore been led to resort to various treatments. It was first proposed to form an aqueous paste with silica by adding water. In this way, fairly stable water-silica mixtures containing from 30% to 70% by weight of each of the constituents are obtained. However, transporting a large amount of water is not a very economical solution.
Le brevet FR 2349539 d'ELKEM décrit un procédé de densification pneumatique, dans lequel la poussière est maintenue à l'état fluidisé dans une trémie par de l'air injecté par la base. Le brevet FR 2349540, également d'ELKEM, décrit un procédé de densification mécanique à l'aide d'un tambour rotatif, éventuellement pourvu de nervures intérieures. Le brevet FR 2363369 de GRANGES décrit un procédé de densification mécanique par passage dans un broyeur à billes ou à barres. ELKEM's patent FR 2349539 describes a pneumatic densification process, in which the dust is kept in a fluidized state in a hopper by air injected by the base. Patent FR 2349540, also from ELKEM, describes a mechanical densification process using a rotating drum, optionally provided with internal ribs. GRANGES patent FR 2363369 describes a mechanical densification process by passing through a ball or bar mill.
Ces techniques permettent, selon les cas, d'obtenir des masses volumiques allant de 300 à 700 kg/m3. Elles ont en général pour effet de rassembler les agrégats en agglomérats dont la dimension maximale se situe entre 1 et 100 Fm. These techniques make it possible, depending on the case, to obtain densities ranging from 300 to 700 kg / m3. They generally have the effect of bringing together the aggregates into agglomerates, the maximum dimension of which is between 1 and 100 Fm.
Malheureusement, les applications des poussières de silice nécessitent presque toutes une granulométrie fine, et les utilisateurs cherchent le plus souvent à redisperser les agglomérats pour retrouver des agrégats dont les dimensions soient aussi proches que possible de celles des agrégats du produit non densifié d'origine. Pour ce faire, on ajoute aux poussières densifiées, avant utilisation, des produits dispersants, comme indiqué par exemple dans les brevets FR 2537127 (ELKEM) ou FR 2693128 (AXIM).Unfortunately, applications of silica dust almost all require a fine particle size, and users most often seek to redisperse the agglomerates to find aggregates whose dimensions are as close as possible to those of the aggregates of the original non-densified product. To do this, dispersing products are added to the densified dust, before use, as indicated for example in patents FR 2537127 (ELKEM) or FR 2693128 (AXIM).
Cependant, l'expérience montre que cette redispersion n'est pas aisée et que les agrégats obtenus sont toujours plus gros que ceux d'origine. L'invention a pour but d'obtenir une poudre densifiée à base de poussières de silice qui forme, à la redispersion, des agrégats de taille comparable à ceux de la poudre avant densification.However, experience shows that this redispersion is not easy and that the aggregates obtained are always larger than the original ones. The object of the invention is to obtain a densified powder based on silica dust which, on redispersion, forms aggregates of a size comparable to those of the powder before densification.
Objet de l'invention
L'invention a pour objet une poudre dense à base de poussière de silice constituée d'un mélange de 70 à 98% (en poids) de poudre densifiée et de 2 à 30% de poudre non densifiée. La poudre densifiée résulte, de préférence, d'une densification pneumatique.Object of the invention
The subject of the invention is a dense powder based on silica dust consisting of a mixture of 70 to 98% (by weight) of densified powder and of 2 to 30% of non-densified powder. The densified powder preferably results from pneumatic densification.
Description de l'invention
L'invention repose sur la constatation surprenante faite par la demanderesse qu'en ajoutant jusqu'à 30% de poudre non densifiée à une poudre déjà densifiée, on obtient un mélange dont la masse volumique dépasse nettement, parfois de plus de 30%, la masse volumique théorique, c'est à dire celle résultant de la formule: l/d = xl/dl + x2/d2 où x1 et x2 représentent les fractions massiques et dl et d2 les masses volumiques d'origine des poussières densifiées et non densifiées.Description of the invention
The invention is based on the surprising finding made by the applicant that by adding up to 30% of non-densified powder to an already densified powder, a mixture is obtained, the density of which clearly exceeds, sometimes by more than 30%, the theoretical density, i.e. that resulting from the formula: l / d = xl / dl + x2 / d2 where x1 and x2 represent the mass fractions and dl and d2 the original densities of the densified and non-densified dust .
Or, l'examen par microscopie de tels mélanges montre que la poussière non densifiée ajoutée se retrouve bien dans le mélange final sous forme d'agrégats non modifiés. However, examination by microscopy of such mixtures shows that the added non-densified dust is indeed found in the final mixture in the form of unmodified aggregates.
Cette poussière non densifiée constitue ainsi un apport complémentaire d'agrégats de petite dimension (0,2 à 1 clam), qui ne présente plus l'inconvénient d'une faible masse volumique.This non-densified dust thus constitutes an additional supply of small-sized aggregates (0.2 to 1 clam), which no longer has the drawback of low density.
L'écart entre la masse volumique réelle et la masse volumique théorique diminue nettement lorsque la quantité de poussières non densifiées introduite dans les poussières densifiées dépasse 30%. Ainsi, lorsqu'on ajoute moins de 30% de poussières densifiées à des poussières non densifiées, l'écart est pratiquement inexistant.De manière surprenante, l'écart est plus important si les poussières densifiées l'ont été par un procédé pneumatique, c'est à dire par injection d'air dans la poussière maintenue à l'état fluidisé.The difference between the actual density and the theoretical density decreases markedly when the quantity of non-densified dust introduced into the densified dust exceeds 30%. Thus, when less than 30% of densified dust is added to non-densified dust, the difference is practically non-existent; surprisingly, the difference is greater if the dust has been densified by a pneumatic process, i.e. 'That is to say by injecting air into the dust maintained in the fluidized state.
L'invention permet d'obtenir à la fois des poudres de masse volumique comprise entre 350 et 700 kg/m3, permettant un transport dans des conditions économiques acceptables, et comportant un taux de particules inférieures à 1 ssm compris entre 10 et 40%, ce qui représente une amélioration très substantielle de la finesse de la granulométrie par rapport aux poudres densifiées de l'art antérieur, ce qui facilite la redispersion dans les applications les plus courantes, en particulier l'ajout dans le béton.The invention makes it possible to obtain both powders with a density of between 350 and 700 kg / m3, allowing transport under acceptable economic conditions, and comprising a level of particles of less than 1 ssm of between 10 and 40%, which represents a very substantial improvement in the fineness of the particle size compared to the densified powders of the prior art, which facilitates redispersion in the most common applications, in particular the addition in concrete.
Exemples
Exemple 1
A partir d'une poussière de silice de masse volumique dl = 130 kg/m, on prépare une poudre densifiée par voie pneumatique de densité d2 = 690 kg/m3. On mélange ensuite à cette poudre densifiée respectivement 10%, 20% et 30% de la poudre non densifiée de départ, et on compare les massses volumiques théorique et réelles des 3 mélanges.Examples
Example 1
From a silica dust of density d1 = 130 kg / m 3, a pneumatically densified powder of density d2 = 690 kg / m 3 is prepared. 10%, 20% and 30% of the starting non-densified powder are then mixed with this densified powder, respectively, and the theoretical and actual volume masses of the 3 mixtures are compared.
Les résultats sont donnés au tableau 1.The results are given in Table 1.
Tableau 1
Table 1
<tb> Ajout <SEP> d <SEP> théorique <SEP> d <SEP> réel <SEP> Ecart
<tb> <SEP> 10% <SEP> 480 <SEP> 600 <SEP> + <SEP> 25% <SEP>
<tb> <SEP> 20% <SEP> 370 <SEP> 490 <SEP> + <SEP> 33% <SEP>
<tb> <SEP> 30% <SEP> 300 <SEP> 350 <SEP> + <SEP> 16%
<tb>
On constate que l'écart maximum est obtenu avec un ajout de 20% de poudre non densifiée.<tb> Addition <SEP> d <SEP> theoretical <SEP> d <SEP> real <SEP> Difference
<tb><SEP> 10% <SEP> 480 <SEP> 600 <SEP> + <SEP> 25% <SEP>
<tb><SEP> 20% <SEP> 370 <SEP> 490 <SEP> + <SEP> 33% <SEP>
<tb><SEP> 30% <SEP> 300 <SEP> 350 <SEP> + <SEP> 16%
<tb>
It can be seen that the maximum difference is obtained with an addition of 20% of non-densified powder.
Par mesure de granulométrie laser, on trouve que 98% des grains de la poudre non densifiée ont une taille inférieure à 2ym, alors que 3% seulement des grains de la poudre densifiée ont une taille inférieure à 2,am. Sur les 3 mélanges, on peut vérifier que le pourcentage réel des grains de taille < 2 zm est pratiquement identique au pourcentage théorique, comme le montre le tableau 2.By laser particle size measurement, it is found that 98% of the grains of the non-densified powder have a size of less than 2 μm, while only 3% of the grains of the densified powder have a size of less than 2 μm. On the 3 mixtures, it can be verified that the actual percentage of grains of size <2 zm is practically identical to the theoretical percentage, as shown in Table 2.
Tableau 2
Table 2
<tb> % <SEP> non <SEP> densifié <SEP> % <SEP> < <SEP> 2 <SEP> lim <SEP> théorique <SEP> % <SEP> < <SEP> 2 <SEP> ,um <SEP> réel <SEP>
<tb> <SEP> 10 <SEP> 12,5 <SEP> 12
<tb> <SEP> 20 <SEP> 22,0 <SEP> 21,5
<tb> <SEP> 30 <SEP> 31,8 <SEP> 31
<tb>
Exemple 2
On part d'une poudre non densifiée de masse volumique d2 = 200 kg/m3 dont on densifiée une partie par un procédé pneumatique en lit fluidisé jusqu'à une masse volumique de 670 kg/m3. On prépare divers mélanges de la poudre de départ et de la poudre densifiée à différentes teneurs et on compare la masse volumique réelle à la masse volumique théorique. Les résultats sont indiqués au tableau 3.<tb>% <SEP> not <SEP> densified <SEP>% <SEP><<SEP> 2 <SEP> lim <SEP> theoretical <SEP>% <SEP><<SEP> 2 <SEP>, um <SEP> real <SEP>
<tb><SEP> 10 <SEP> 12.5 <SEP> 12
<tb><SEP> 20 <SEP> 22.0 <SEP> 21.5
<tb><SEP> 30 <SEP> 31.8 <SEP> 31
<tb>
Example 2
The starting point is a non-densified powder of density d2 = 200 kg / m 3, part of which is densified by a pneumatic fluidized bed process to a density of 670 kg / m 3. Various mixtures of the starting powder and the densified powder are prepared at different levels and the actual density is compared to the theoretical density. The results are shown in Table 3.
Tableau 3
Table 3
<tb> non <SEP> densifié <SEP> d <SEP> théorique <SEP> d <SEP> réel <SEP> % <SEP> écart
<tb> <SEP> O <SEP> 670 <SEP> 670 <SEP> 0
<tb> <SEP> 10 <SEP> 542 <SEP> 620 <SEP> 14
<tb> <SEP> 20 <SEP> 456 <SEP> 560 <SEP> 23
<tb> <SEP> 30 <SEP> 393 <SEP> 465 <SEP> 18
<tb> <SEP> 80 <SEP> 233 <SEP> 235 <SEP> 0,5
<tb>
<tb> no <SEP> densified <SEP> d <SEP> theoretical <SEP> d <SEP> real <SEP>% <SEP> difference
<tb><SEP> O <SEP> 670 <SEP> 670 <SEP> 0
<tb><SEP> 10 <SEP> 542 <SEP> 620 <SEP> 14
<tb><SEP> 20 <SEP> 456 <SEP> 560 <SEP> 23
<tb><SEP> 30 <SEP> 393 <SEP> 465 <SEP> 18
<tb><SEP> 80 <SEP> 233 <SEP> 235 <SEP> 0.5
<tb>
<tb> 90 <SEP> 215 <SEP> 1 <SEP> 215 <SEP> 1 <SEP>
<tb> 95 <SEP> 208 <SEP> 208 <SEP> o <SEP>
<tb> 100 <SEP> 200 <SEP> 1 <SEP> 200 <SEP> 1
<tb>
On constate qu'il n'y a pratiquement pas d'écart entre la densité théorique et la densité mesurée pour les fortes teneurs en poudre non densifiée.<tb> 90 <SEP> 215 <SEP> 1 <SEP> 215 <SEP> 1 <SEP>
<tb> 95 <SEP> 208 <SEP> 208 <SEP> o <SEP>
<tb> 100 <SEP> 200 <SEP> 1 <SEP> 200 <SEP> 1
<tb>
It is observed that there is practically no difference between the theoretical density and the density measured for the high contents of non-densified powder.
Par granulométrie laser, on mesure un taux de grains de taille inférieure à 1 m de 95% sur la poudre non densifiée et de 1% sur la poudre densifiée. On vérifie
également sur cet exemple que, pour les différents mélanges, le taux réel de grains de
taille inférieure à 1 m est très voisin du taux théorique, ce qui confime que la fine
granulométrie de la poudre non densifiée est maintenue dans le mélange. Les résultats
sont indiqués au tableau 4.By laser granulometry, a rate of grains of size less than 1 m of 95% on the non-densified powder and of 1% on the densified powder is measured. We check
also on this example that, for the different mixtures, the actual rate of
size less than 1 m is very close to the theoretical rate, which confirms that the fine
particle size of the non-densified powder is maintained in the mixture. The results
are shown in Table 4.
Tableau 4
Table 4
<tb> % <SEP> non <SEP> densifié <SEP> % < lllmihéorique <SEP> % <SEP> < <SEP> 1 <SEP> m <SEP> réel <SEP>
<tb> <SEP> 10 <SEP> 10,4 <SEP> 10
<tb> <SEP> 20 <SEP> 19,8 <SEP> 20
<tb> <SEP> 30 <SEP> 29,2 <SEP> 29
<tb> <SEP> 80 <SEP> 76,2 <SEP> 75
<tb> <SEP> 90 <SEP> 85,6 <SEP> 85
<tb> <SEP> 95 <SEP> 90,3 <SEP> 90
<tb> <tb>% <SEP> not <SEP> densified <SEP>% <lllmihéorique <SEP>% <SEP><<SEP> 1 <SEP> m <SEP> real <SEP>
<tb><SEP> 10 <SEP> 10.4 <SEP> 10
<tb><SEP> 20 <SEP> 19.8 <SEP> 20
<tb><SEP> 30 <SEP> 29.2 <SEP> 29
<tb><SEP> 80 <SEP> 76.2 <SEP> 75
<tb><SEP> 90 <SEP> 85.6 <SEP> 85
<tb><SEP> 95 <SEP> 90.3 <SEP> 90
<tb>
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Legal Events
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ST | Notification of lapse |