FR2928660A1 - Procede et installation de fabrication d'un activateur de laitier moussant a partir de dechets caoutchoutes - Google Patents

Procede et installation de fabrication d'un activateur de laitier moussant a partir de dechets caoutchoutes Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un activateur de laitier caractérisé en ce qu'il consiste à traiter par thermolyse un mélange de déchets caoutchoutés (B) et d'un composé de magnésium (A) porté à une température comprise entre 350 degres à 700 degres C, puis à cribler le produit obtenu (m) pour en extraire les résidus métalliques et obtenir un activateur de laitier (n) sous forme de poudre.L'invention concerne également les installations de mise en oeuvre du procédé et voit préférentiellement son application à la valorisation des pneus usagés.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un activateur de laitier et un activateur obtenu par le procédé, elle concerne également une installation de mise en oeuvre du procédé. Cet activateur voit son application dans les aciéries pour l'activation du laitier et en particulier mais non limitativement du laitier moussant. L'injection de carbone et d'oxygène en métallurgie au moment de l'affinage pour obtenir un laitier moussant abondant est une technique connue dans l'élaboration de l'acier dans des fours électriques à arc. Le laitier est principalement constitué de chaux, alumine, silice, oxyde de fer et magnésie, la magnésie étant un besoin chimique du laitier, et les autres constituants étant apportés par les ferrailles ou par le procédé. II est de technique courante d'apporter de la magnésie pour saturer le laitier afin que celui-ci ne puise pas ses besoins en magnésie dans le garnissage intérieur réfractaire du four, et afin d'éviter une usure prématurée des parois.
L'apport de magnésie a également pour conséquence de modifier la viscosité du laitier et d'en favoriser le moussage, condition nécessaire à un bon affinage. A titre d'exemple de la technique du laitier moussant on peut se reporter au brevet FR 2 634 787 qui est dans le domaine public. Différentes techniques d'apport de magnésie sont connues par exemple : introduction de briques de magnésie réfractaire broyées, addition de chaux dolomitique, utilisation de carbonate de magnésium, utilisation d'un composé de magnésie caustique et de carbone proposé sous forme de briquettes. L'utilisation du carbonate de magnésium (Mg CO3) est une technique répandue : le carbonate de magnésium est introduit dans le four où il se décompose en dioxyde de carbone (CO2) et en magnésie (MgO) caustique parfaitement soluble au contact du laitier. L'évolution du coût du pétrole et du coût de transport rendent l'importation du carbonate de magnésium de plus en plus coûteuse et rendront à l'avenir son utilisation économiquement difficile, d'autant plus que sa perte au feu correspond à la moitié de son poids. L'art antérieur connaît également un activateur de laitier commercialisé sous forme de briquettes composées de magnésie calcinée, de carbone sous forme de graphite, et d'un liant. Pour des raisons techniques liées aux infrastructures de certaines aciéries, la phase d'introduction des briquettes ne peut être réalisée au moment opportun qui est surtout désirée avant et durant l'affinage du laitier.
En effet les briquettes ne peuvent être introduites uniquement pendant le cycle de fusion des paniers ce qui engendre une perte d'efficacité du moussage. On a cherché à résoudre ce problème en présentant un produit injectable sous forme de granulés, mais sa densité est largement supérieure à celle du carbone d'injection dans le four et ne se mélange pas de façon satisfaisante avec lui. La différence de densité entre les composants du produit ne permet pas l'obtention d'un mélange homogène après transport de fluide. Un autre inconvénient de la présentation de l'activateur en briquettes est qu'elle engendre un temps de réponse proportionnel au format des briquettes.
L'invention vise à trouver un activateur qui ne présenterait pas les inconvénients précités et dont les coûts de fabrication seraient indépendants des augmentations des prix des matières premières et de leur transport. La demanderesse a eu l'idée de mettre en oeuvre un activateur à partir de matériaux récupérés et s'est intéressée en particulier à la récupération des pneus usagés et autres produits caoutchoutés comme les bandes transporteuses usagées, les déchets issus de la fabrication de produits caoutchoutés tels que des joints ou autres. L'invention consiste en un procédé de fabrication d'un activateur de laitier moussant caractérisé en ce qu'il consiste à traiter par thermolyse un mélange de déchets caoutchoutés et déchiquetés (B) et d'un composé de magnésium (A), mélange porté à une température comprise entre 400° à 700°, puis à cribler le produit obtenu (m) pour en extraire les résidus métalliques et obtenir un activateur de laitier (n) sous forme de poudre. Par déchets caoutchoutés on entend principalement des pneus usagés et déchiquetés mais aussi tout autre résidu de fabrication de produit fabriqué à partir de caoutchouc naturel, et on entend par composé de magnésium le carbonate de magnésium Mg CO3 ou la magnésie caustique MgO. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après faite en référence à la figure unique annexée, qui est une représentation schématique d'une installation préférée de mise en oeuvre du procédé de fabrication de l'activateur selon l'invention. La thermolyse de déchets est un procédé connu en soi, qui consiste à brûler des déchets dans un four appelé thermolyseur, sans flamme en absence d'oxygène à une température comprise entre 350 et 750° C. Le procédé selon l'invention consiste à traiter par thermolyse dans un thermolyseur (1) un mélange de pneus déchiquetés et de carbonate de magnésium dans une installation schématisée sur la figure. La réaction est préférentiellement réalisée à une température de 440° à 550° C.
A cette température : - le carbonate de magnésium donne de la magnésie et du dioxyde de carbone Mg CO3 MgO + CO2 - et les pneus usagés brûlent pour donner du carbone, et différents composés gazeux et des résidus solides notamment des cendres diverses et des résidus métalliques provenant des carcasses de pneus. On note que le soufre contenu dans le caoutchouc des pneus est transformé à 80 % en composé gazeux, soit sous forme de vapeur de soufre car sa température de vaporisation est de 444, 6° soit par combinaison avec l'hydrogène pour donner H2S gazeux.
Une installation de mise en oeuvre du procédé selon la figure et donnée à titre d'exemple non limitatif et se compose de : une station d'approvisionnement de magnésie (2), une station de déchiquetage de pneus (1'), et/ou une station de pneus déchiquetés (1), une station de thermolyse (3), une station de criblage (4), une station d'alimentation en combustible (9). Optionnellement l'installation peut être complétée par au moins une des stations suivantes : une station de mise en forme (5), une station de valorisation de poussières (7), une station d'épuration des fumées (6), une station de captage et de recyclage des gaz (8). Les produits entrants dans un thermolyseur (t) sont additionnés ensemble dans une trémie (g) puis conduits dans le thermolyseur (t) par une vis d'Archimède (h) ou un autre moyen pousseur comme un vérin par exemple. Les produits entrants sont d'une part du carbonate de magnésium (A) et des pneus déchiquetés (B) (B1 ou B2). Ces pneus déchiquetés sont soit approvisionnés directement déchiquetés (c) depuis une trémie d'approvisionnement (f) soit approvisionnés entiers (a') et déchiquetés sur place dans un déchiqueteur (a) et depuis une trémie (d). Le déchiqueteur peut être fixe ou bien déplaçable pas à pas en fonction du lieu de stockage sur le site de l'installation ou bien déplaçable sur un autre site de collecte. Le carbonate de magnésium (A) est apporté sous forme de poudre (b) dans une trémie d'approvisionnement (e) ou dans un moyen équivalent. La vis d'Archimède (h) ou équivalent pousse le lit en combustion (t') à travers le four (t), la durée de réaction est d'environ 30 mn pour une température du lit (t') d'environ 500° C en sortie de four (soit 500° C 60 ° C).
Le produit (m) sortant du four est un mélange de magnésie et de carbone sous forme de poudre, de diverses cendres, et de résidus ferreux provenant des carcasses de pneus. Les gaz (i) issus de la thermolyse ont une valeur énergétique proche de celle du gaz de ville, ils sont de préférence récupérés et réintroduits dans le brûleur (j) et ainsi réutilisés pour le chauffage du four, en complément et/ou remplacement du gaz de ville dans le cas où le brûleur est un brûleur à gaz. Le produit (m) est conduit par gravité dans un dispositif de criblage afin de séparer les résidus ferreux (u). Le produit (n) issu du criblage se présente sous forme d'une poudre homogène composée de magnésie, carbone, et cendres. Le produit (n) peut selon une première option être vendu aux entreprises sidérurgiques directement sans autre traitement sous forme de cette poudre afin d'être introduit dans les fours à arc pour favoriser le laitier moussant par exemple au moyen d'une canne d'injection de charbon moussant quand elle est présente.
Selon une deuxième option le produit (n) peut être conduit par une bande transporteuse vers une trémie d'entrée (o) d' un mélangeur (r) où il est lié à un liant organique approvisionné dans le mélangeur par une autre trémie (q), afin de pouvoir le façonner en grains et de produire un activateur de granulométrie prédéterminée (s) et délivré en sac ou en vrac.
L'étape de mélange du produit (n) avec un liant organique (huile par exemple) a pour fonction d'homogénéiser la densité de l'activateur et de faciliter son injection dans le laitier en conférant à l'activateur une densité proche de celle du laitier. Le produit (n) ou (s) comporte un pourcentage déterminé en carbone et magnésie caustique, et au plus 0,5 % de soufre ainsi que des cendres dispersées (en proportion inférieure à 5 %). A titre d'exemples préférés mais non limitatifs, on donne les indications suivantes : - les pneus (BI) ou (B2) déchiquetés grossièrement en morceaux de 10 cm X 10 cm environ et constituent 30 à 80 % de la charge initiale de la trémie (g) d'alimentation du thermolyseur. - le carbonate de magnésium (A) sous forme de poudre constitue 20 à 70 % de la charge initiale de la trémie (g). - selon les proportions des produits entrant (A) et (B), on obtient un produit (n) comportant de 20 à 80 % de carbone et de 80 à 20 % de magnésie. On peut aussi modifier la teneur en magnésie en fonction de la demande du client en ajoutant de la magnésie caustique au produit (n) en fin de processus d'élaboration.
5 La composition des résidus des pneumatiques usagés par la thermolyse de 30 mn à 500° C est donnée dans le tableau suivant : Elément Pourcentage Remarque Carbone 87 Solides volatils 3 Extraction par solvant Cendres 10 SiO2, ZnO, Fe203, CaO, TiO2 Soufre < 1 Humidité 0.1 Chlore total 0.1 La composition du gaz de thermolyse à 500 °C est donnée dans le tableau suivant : Gaz Formule pourcentage Hydrogène H2 19.9 Azote N2 3.5 Oxygène 02 0.7 Monoxyde de carbone CO 2.5 Dioxyde de carbone CO2 5.2 Soufre ou composés soufrés Composés soufrés 4 Méthane CH4 35.7 Ethylène C2H4 9.7 Ethane C2H6 8.6 Propylène C3H6 5.3 Propane C3H8 1.8 04 famille C4H8 û C4H10 6.2 Les teneurs indiquées dans les tableaux ci-dessus peuvent varier en fonction de la durée 10 et de la température de thermolyse qui peut être réalisée dans une fourchette de 350° à 700° C. En variante du procédé, on peut prévoir de remplacer l'apport de carbonate de magnésium dans la trémie A par un apport de magnésie caustique. Un avantage important du procédé est d'obtenir un activateur sous forme de poudre où 15 les composants essentiels à savoir carbone et magnésie sont parfaitement mélangés. L'activateur peut donc être facilement introduit dans le laitier quelque soit la configuration du four de fusion du laitier. Un autre avantage important est la valorisation des déchets caoutchoutés et notamment des pneus usagés.
20 L'invention vise également à protéger toutes les installations de mise en eouvre du procédé ainsi que le produit obtenu. 20

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. û Procédé de fabrication d'un activateur de laitier caractérisé en ce qu'il consiste à traiter par thermolyse un mélange de déchets caoutchoutés (B) et d'un composé de magnésium (A) porté à une température comprise entre 350° à 700° C, puis à cribler le produit obtenu (m) pour en extraire les résidus métalliques et obtenir un activateur de laitier (n) sous forme de poudre.
2. û Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la durée de la thermolyse est 10 de 30 mn environ à 500°C environ.
3. û Procédé selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce qu'après criblage, on mélange l'activateur (n) avec un liant organique et on le façonne sous forme de granulés. 15
4. û Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les déchets caoutchoutés sont des pneus usagés.
5. û Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le composé de magnésium A est du carbonate de magnésium.
6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les déchets caoutchoutés sont des déchets de pneus usagés et déchiquetés.
7. û Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le composé de 25 magnésium est du carbonate de magnésium.
8. û Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le composé de magnésium est de la magnésie caustique. 30
9. û Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle se compose au moins de : - une station d'approvisionnement (2) de composé de magnésium (A) - une station d'approvisionnement (1 ou 1') de résidus caoutchoutés (B) - une station de thermolyse (3) 35 - une station de criblage (4) - une station d'alimentation en combustible (9)et caractérisée en ce que la station de thermolyse (3) comporte un four chauffé par un brûleur à gaz, et équipé d'un moyen de récupération des gaz de thermolyse et de réinjection de ceux-ci dans le brûleur à gaz.
10. û Installation selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'elle comporte une station de déchiquetage déplaçable pas à pas en fonction du lieu de stockage ou bien sur un autre site de collecte.
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