FR2974799A1 - Procede de fabrication de fibres de verre et fibres de verre associees - Google Patents

Abstract

L'invention concerne le domaine de la valorisation de déchets dans l'industrie verrière et plus particulièrement un procédé de fabrication de fibres de verre comprenant les étapes suivantes : - fourniture de silice, d'un matériau propre à constituer un apport d'alumine et d'au moins un fondant, - fusion dans un récipient d'un mélange comportant la silice, ledit matériau et ledit fondant à une température comprise entre 1300 et 1500°C, - fibrage d'un filet dudit mélange en fusion, et - recueil des fibres de verre issues du fibrage. Le procédé est essentiellement tel que le matériau propre à constituer un apport d'alumine consiste en des cendres volantes de charbon. L'invention concerne également les fibres de verre susceptibles d'être obtenues par ce procédé.

Description

L'invention concerne le domaine de la valorisation de déchets dans l'industrie verrière. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication de fibres de verre comprenant les étapes suivantes : - fourniture de silice, d'un matériau propre à constituer un apport d'alumine et d'au moins un fondant, - fusion dans un récipient d'un mélange comportant la silice, ledit matériau et ledit fondant à une température comprise entre 1300 et 1500°C, - fibrage d'un filet dudit mélange en fusion, et - recueil des fibres de verre issues du fibrage. L'invention concerne également des fibres de verre susceptibles d'être obtenues par ce procédé. Un procédé de fabrication d'un agglomérat à partir de déchets localement disponibles pour la production de matériau d'isolation en laine de verre est décrit par le brevet référencé 15 US 4,720,295. Ce document concerne également la production de laine de verre de couleur blanche, spécialement utile pour la confection de dalles acoustiques. Le procédé selon ce document utilise du mâchefer comme matériau propre à constituer un apport d'alumine. Le mâchefer consiste généralement en des résidus imbrûlés de la combustion de houille, de coke ou de charbon dans les fours industriels ou bien encore de la combustion des 20 déchets urbains dans les usines d'incinération. Le mâchefer est constitué principalement de silice, d'alumine et de chaux. Il comprend par exemple de 22 % d'alumine, ce qui en fait un matériau propre à constituer un apport d'alumine. Cependant, le mâchefer est très hétérogène et doit être traité avant son utilisation dans l'industrie verrière. Depuis leur sortie du four, les mâchefers sont orientés selon leur qualité (fonction de 25 la teneur en métaux lourds et en imbrulés notamment). Les meilleurs peuvent être théoriquement valorisés directement sans maturation. Cependant, il est quasiment indispensable de baisser leur teneur en eau, d'en extraire les ferreux et non-ferreux et de les cribler. Les moins bons sont considérés comme non-valorisables et sont stockés en centre d'enfouissement. Les mâchefers de qualité intermédiaire sont stockés à l'air libre quelques 30 mois afin que les métaux lourds contenus dans ces mâchefers deviennent non-lixiviables. La préparation mécanique du mâchefer peut alors commencer. Un scalpeur, alimenté par une trémie de chargement via un chargeur à godet, sépare les mâchefers en fonction de leur taille. 10 Les plus gros sont ensuite brisés par des engins de travaux publics et réintroduits dans la chaîne. Un crible sépare ensuite le mâchefer en fonction de sa granulométrie. En fonction de sa granulométrie, le mâchefer est traité de la manière suivante : - extraction des ferrailles, - extraction des non-ferreux par un procédé utilisant le courant de Foucault, et - extraction des imbrûlés. Un autre matériau propre à constituer un apport d'alumine consiste en de la bauxite qu'il convient de traiter par extraction, lavage, criblage, séparation des oxydes de fer, broyage et séchage, puis qu'il est nécessaire de transporter depuis des zones de production généralement très éloignées des pays utilisateurs d'alumine, notamment dans l'industrie verrière. Ces étapes de traitement et de transport sont génératrices de déchets dont des déchets toxiques tels que les boues rouges (trois tonnes de boues rouges sont générées pour produire une tonne d'aluminium) et consommatrices d'énergie (broyage, séchage et transport) et de ressources naturelles très difficilement renouvelables.

Par ailleurs, il est connu que la laine de verre comprend les constituants suivants, dans les proportions pondérales suivantes : Il est à noter la forte proportion d'alumine dans les laines de verre qui permet essentiellement de lui conférer une pérennité satisfaisante notamment au vu des variations de température et d'humidité auxquelles elles sont confrontées dans leur usage courant d'isolation thermique et acoustique. Un but de la présente invention est de proposer un procédé qui permettre la fabrication de fibres de verre à partir d'un matériau qui nécessite moins d'étapes préalables de traitement et/ou de transport, voire aucune, pour pouvoir être valoriser comme apport d'alumine. A cette fin, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement tel que le matériau propre à constituer un apport d'alumine consiste en des cendres volantes de charbon. - SiO2 : 54,6 %, - B2O3 : 8 %, - Al2O3 : 14,8 %, - Na2O : 0,6 %, - CaO : 17,4 %, et - MgO : 4,5 %.

Selon une particularité, le procédé ne comprend pas d'étape de préparation dudit matériau propre à constituer un apport d'alumine. Selon une autre particularité, les cendres volantes de charbon comprennent les constituants suivants, dans les proportions pondérales suivantes : - SiO2 :40à60%, - Al2O3 : 25 à 35 %, - Na2O : 0 à l %, - CaO:1à5%, - CaOlibre : 0 à 1 %, - MgO:0à4%, - K2O:2à8%, - SO2 : 0 à l %, - Fe2O3 : 4,7 à 6,1 %, - métaux alcalins : 0 à 0,5 %, et - carbone : 2 à 7 %. L'invention concerne également les fibres de verre susceptibles d'être obtenues par le procédé présenté ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif.

Le procédé de fabrication de fibres de verre comprend une étape consistant à fournir de la silice, un matériau propre à constituer un apport d' alumine et au moins un fondant. La silice est fournie sous forme de silice pure, de sable ou de calcin. Le calcin est préféré en ce sens qu'il constitue lui-même un déchet avantageusement recyclé selon le présent procédé depuis les vitres, les verres automobiles ou les bouteilles en verre.

Le ou les fondants sont par exemples de la soude et/ou de la chaux. Le procédé comprend également une étape de fusion dans un récipient d'un mélange comportant la silice, ledit matériau propre à constituer un apport d'alumine et le ou les fondants à une température comprise entre 1300 et 1500°C. Dans un premier mode de réalisation, le récipient est un four.

Dans un second mode de réalisation, le récipient est un cubilot.

Le procédé comprend encore une étape de fibrage d'un filet dudit mélange en fusion. Dans le premier mode de réalisation, le filet s'écoule depuis le récipient vers un panier tournant à grande vitesse dont les bords sont percés de plusieurs milliers de trous traversants. Le filet est éjecté par ces trous puis étiré encore par des brûleurs qui le projette vers le bas. Dans le second mode de réalisation, le filet est projeté vers des rotors tournants à grande vitesse où il est mis en fibres sous forme de nodules de roche. Le procédé comprend en outre une étape consistant à recueillir des fibres de verre issues du fibrage.

Dans le premier mode de réalisation, les fibres de verre sont recueillies par un tapis roulant où elles sont mélangées à de faibles quantités de liants et formées en plaques ou rouleaux de laine de verre. Dans le second mode de réalisation, les nodules de roche sont recueillis par un tapis roulant où ils sont mélangés à des produits de collage ainsi qu'à des éléments spécifiques à 15 chaque usage pour polymériser et former de la laine de roche. Les proportions de silice, dudit matériau propre à constituer un apport d'alumine et du fondant sont telles que les fibres de verre produites par le présent procédé aient une composition proche de celle de la laine de verre telle que donnée ci-dessus, et notamment comprenne environ 15 % d'alumine. 20 Selon une caractéristique essentielle du procédé, le matériau propre à constituer un apport d'alumine consiste en des cendres volantes de charbon. Les cendres volantes de charbon comprennent des taux élevés d'alumine (de l'ordre de 30 % en poids) et de silice (entre 40 et 60 % en poids), mais aussi des oxydes de fer (entre 7 et 10 % en poids) et de la chaux (entre 1 et 5 % en poids). Non seulement, elles constituent 25 un apport d'alumine significatif et suffisant afin d'applications dans l'industrie verrière, mais également elles nécessitent moins d'étapes préalables de traitement et/ou de transport pour pouvoir être valoriser comme tel, notamment en comparaison à un apport d'alumine réalisé via de la bauxite ou du mâchefer. Les cendres volantes de charbon proviennent par exemple d'installations industrielles 30 telles que les centrales électriques ou thermiques qui utilisent un charbon de qualité normée répondant aux exigences de leur procédé de production d'électricité. Ces installations industrielles produisent donc des déchets constants, autant en termes de quantité, qu'en termes de composition. D'une part, les cendres volantes de charbon sont générées en quantité suffisante pour que leur utilisation dans l'industrie cimentière ne permette pas d'en éuipser les stocks. D'autre part, des analyses ont été réalisées sur des cendres volantes issues de centrales électriques qui montrent que leur composition, donnée ci-dessous, varie peu autour d'une composition moyenne. Les cendres volantes de charbon analysées comprennent les constituants suivants, dans les proportions pondérales suivantes : - SiO2 :40à60%, - Al2O3 : 25 à 35 %, - Na2O : 0 à l %, - CaO:1à5%, - CaOlibre : 0 à 1 %, - MgO:0à4%, - K2O:2à8%, - SO2:Oàl%, - Fe2O3 : 4,7 à 6,1 %, - métaux alcalins : 0 à 0,5 %, et - carbone : 2 à 7 %.

Les cendres volantes de charbon analysées comprennent plus particulièrement les constituants suivants, dans les proportions pondérales suivantes : - SiO2 :40à60%, - Al2O3 : 25 à 35 %, - Na2O : 0 à l %, - CaO:1à5%, - CaOlibre : 0,15 %, - MgO : 2 %, - K2O : 5 %, - SO2 : 0 à l %, - Fe2O3 : 4,7 à 6,1 %, - métaux alcalins : 0,3 %, et - carbone : 2 à 7 %. 30 Il est à noter que les proportions pondérales ci-dessus s'entendent au regard de la matière sèche. En outre, contrairement aux exploitations de gisements de bauxite, les installations industrielles générant des cendres volantes de charbon sont implantées indépendamment des ressources du sol en alumine. Ainsi, la valorisation des cendres volantes de charbon générées par ces installations industrielles ne requière pas d'étapes de transport prohibitives en temps, en coût et en moyens logistiques, pour peu que les sites réalisant cette valorisation, par exemple els sites dédiés à l'industrie verrière, soient proches desdites installations industrielles, ce qui est souvent d'ores et déjà le cas.

Le procédé selon l'invention permet donc à la fois de proposer une utilisation à un déchet constant de l'industrie thermique ou électrique et de pallier au recours à des ressources naturelles dont la transformation, le transport et le renouvellement sont difficiles. Un autre avantage consiste en ce que les cendres volantes de charbon présentent une faible granulométrie, au moins eu égard à la granulométrie du mâchefer. La granulométrie des cendres volantes de charbon non traitées est inférieure à 1 mm. Elle varie préférentiellement entre 10 et 50 µm, pour une moyenne de l'ordre de 20 µm. Le mélange de la silice et du fondant avec les cendres volantes de charbon est alors homogène ce qui constitue un avantage au moins en ce que la fusion du mélange s'en trouve facilitée. À titre d'exemple comparatif, la granulométrie du mâchefer est comprise entre 5 et 10 mm, après tout ou partie des traitements évoqués ci-dessus. Éventuellement, une granulométrie souhaitée est obtenue par criblage des cendres volantes de charbon. L'objectif de cette étape de criblage est essentiellement de garantir l'absence de corps étrangers qui rendent difficile l'homogénéisation du mélange et par conséquent sa fusion. Ce criblage n'est donc pas essentiel, mais optionnel, et le procédé selon l'invention peut se prévaloir de ne comprendre aucune étape de préparation des cendres volantes de charbon. Ainsi, un autre avantage consiste en ce que tous les constituants des cendres volantes de charbon, tels que ci-dessus énoncés, entrent dans la composition des fibres de verre. Ainsi, la valorisation des cendres volantes de charbon dans l'industrie verrière est totale, en ce que qu'elle ne produit aucun déchet, contrairement à la production de l'aluminium par exploitation de la bauxite ou au recyclage de mâchefer.

L'invention concerne également les fibres de verre susceptibles d'être obtenues par le procédé décrit ci-dessus. Ces fibres de verres sont par exemple dédiées à la fabrication de laine de verre ou de laine de roche. La valorisation des cendres volantes de charbon est avantageuse dans la fabrication de produits du type laine de verre ou laine de roche. En effet, bien que ces cendres constituent un apport en métaux et en oxydes métalliques qui colorent les fibres de verre, la couleur de ces produits importe peu au vu de leur utilisation, par exemple en tant qu'isolant disposé dans les murs ou les combles. Si l'application la plus prometteuse des fibres de verre susceptibles d'être obtenues par le procédé décrit ci-dessus est la fabrication de laine de verre ou de laine de roche, la fabrication d'autre produits, tels que des bouteilles en verre de couleur verte ou de couleur marron, est envisagée. Dans cette optique, il est à noter que la fabrication de bouteilles en verre de couleur marron autorise un apport de silice entièrement constitué de calcin en vrac de toutes les couleurs, tandis que la fabrication de bouteilles en verre de couleur verte n'autorise un apport de silice que partiellement constitué de calcin en vrac de toutes les couleurs. La fabrication de bouteilles en verre blanc n'autorise aucun apport de silice constitué de calcin en vrac de toutes les couleurs. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes. 5 10 15 2025

Claims (4)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de fibres de verre comprenant les étapes suivantes : - fourniture de silice, d'un matériau propre à constituer un apport d'alumine et d'au moins un fondant, - fusion dans un récipient d'un mélange comportant la silice, ledit matériau et ledit fondant à une température comprise entre 1300 et 1500°C, - fibrage d'un filet dudit mélange en fusion, et - recueil des fibres de verre issues du fibrage, ledit procédé étant caractérisé en ce que le matériau propre à constituer un apport d'alumine consiste en des cendres volantes de charbon.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il ne comprend pas d'étape de préparation dudit matériau propre à constituer un apport d'alumine.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les cendres volantes de charbon comprennent les constituants suivants, dans les proportions pondérales suivantes : SiO2 :40à60%, - Al2O3 : 25 à 35 %, - Na2O :0à1%, - CaO : 1 à 5 %, - CaOlibre : 0 à 1 %, - MgO : 0 à 4 %, - K2O:2à8%, - SO2:Oàl%, - Fe2O3 : 4,7 à 6,1 %, - métaux alcalins : 0 à 0,5 %, et - carbone : 2 à 7 %.
4. 4. Fibres de verre susceptibles d'être obtenues par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 30