FR3026738A1 - Procede de fabrication d'un element solide en materiau de type ceramique, apte a etre utilise notamment pour le stockage de la chaleur-element solide associe - Google Patents

Procede de fabrication d'un element solide en materiau de type ceramique, apte a etre utilise notamment pour le stockage de la chaleur-element solide associe Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément solide en matériau de type céramique, apte à être utilisé notamment pour le stockage de la chaleur. Selon l'invention, de manière caractéristique, - on réalise un mélange de base sous forme de poudre comprenant les composés suivants : SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3, CaO, MgO, Na20 et K2O ; - on ajoute au moins un liquide ; - on met en forme le mélange obtenu après ajout de liquide à former un élément cru, solide ; - on fait éventuellement sécher ledit élément cru obtenu ; - on soumet ledit élément cru éventuellement séché à une température de cuisson sensiblement égale ou supérieure à 1110°c et sensiblement égale ou inférieure à 1200°C de manière à consolider ledit élément; et - on laisse ledit élément cuit refroidir jusqu'à la température ambiante.

Description

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément solide en matériau de type céramique ainsi que l'élément solide susceptible d'être obtenu par ce procédé.
ART ANTERIEUR L'article intitulé "utilization of coal-ash minerais for technological ceramics" publié dans la revue "Journal of Materials Science (n°27, 1992, page 1781 à 1784) décrit un procédé de fabrication d'une vitrocéramique. Selon ce procédé, on utilise des cendres volantes, provenant de la combustion de charbon bitumineux. Ces cendres sont compressées en granulés puis chauffées jusqu'à une température de 1400°C qui correspond à leur température de fusion pendant deux heures. Le procédé précité est couteux à mettre en oeuvre car la température utilisée pour la cuisson est très élevée et le temps de cuisson est également relativement long. Par ailleurs, il n'est pas évident que ce procédé puisse être utilisé à l'échelle industrielle pour la fabrication, par exemple, de brique réfractaires, dont les dimensions sont imposées par des normes et sont plus importantes que celles des échantillons de laboratoire.
OBJET DE L'INVENTION Un premier but de la présente invention est de proposer un nouveau procédé de fabrication d'un élément solide en matériau de type céramique, apte à être utilisé notamment pour le stockage de la chaleur ou en tant que matériau réfractaire pour tapisser l'intérieur des fours, par exemple.
Un autre but de la présente invention est de résoudre tout ou partie des problèmes techniques liés à l'art antérieur précité. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un élément solide en matériau de type céramique dont la mise en oeuvre soit peu couteuse et/ou qui permet ou moins en partie un recyclage de déchets industriels tels que, par exemple, les cendres volantes, notamment les cendres volantes de centrale thermique à charbon et/ou les cendres de foyers, notamment les cendres de foyer de centrale thermique à charbon. RESUME DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément solide en matériau de type céramique, apte à être utilisé notamment pour le stockage de la chaleur. Selon l'invention, de manière caractéristique, - on réalise un mélange de base sous forme de poudre comprenant les composés suivants : 5i02, A1203, Ti02, Fe203, CaO, MgO, Na20 et K20 - on ajoute au moins un liquide, - on met en forme le mélange obtenu de façon à former un élément cru, solide ; - on fait éventuellement sécher ledit élément cru obtenu ; - on soumet ledit élément cru éventuellement séché à une température maximale de cuisson sensiblement égale ou supérieure à 1110°C et sensiblement égale ou inférieure à 1200°C de manière à consolider ledit élément; et -on laisse ledit élément obtenu refroidir jusqu'à la température ambiante.
La Demanderesse a en effet mis en évidence qu'il était possible de fabriquer des éléments solides avec une température de cuisson inférieure à celle décrite en référence à l'art antérieur. Cette température de cuisson plus basse permet de rendre le procédé plus économique et également plus respectueux de l'environnement.
La mise en forme peut être obtenue, par exemple, par moulage, coulage, pilonnage, extrusion, pressage ou toute autre technique connue. La mise en forme peut être mise en oeuvre par pressage dans une matrice, par exemple métallique. Le pressage peut être mis en oeuvre de manière uni axiale. La pression permet de compacter la poudre formée par le mélange de base. Au-delà d'une certaine pression appliquée au mélange de base, l'énergie s'accumule dans la poudre sous forme d'énergie élastique. Lors de la détente cette énergie peut fissurer la brique crue. Avantageusement, une pression sensiblement égale ou supérieure à 30MPa et sensiblement égale ou inférieure à 60 MPa est appliquée pour former ledit élément.
Avantageusement, ladite température maximale de cuisson est sensiblement égale à 1150°C, ce qui permet d'obtenir des éléments cuits présentant une densité satisfaisante pour leur utilisation industrielle, en particulier comme éléments de stockage de la chaleur. 3026 73 8 3 Bien que la Demanderesse ne soit pas liée à une telle explication, il semble que la cuisson permet de réaliser le frittage des poudres du mélange de base. La cuisson permet de créer des liaisons ionocovalentes entre les grains des poudres afin de les souder les uns aux autres. Cette opération 5 permet de densifier le mélange de base et d'obtenir un matériau solide qui peut être démoulé et manipulé facilement. Si la température de cuisson est supérieure à 1200°C, au moins 50% des composants du mélange de base sont à l'état liquide ; la phase vitreuse devient trop importante et engendre des déformations dans l'élément solide obtenu. Si la température maximale de 10 cuisson est inférieure à 1100°C, le frittage n'est pas efficace. Dans le cas du mélange de base précité selon l'invention, la phase vitreuse qui est susceptible d'être présente dans l'élément solide final est composée de 5i02 et d'A1203. Avantageusement, on soumet ledit élément cru éventuellement séché à 15 ladite température maximale de cuisson pendant une durée sensiblement égale ou supérieure à 300 min et sensiblement égale ou inférieure à 480 min, en particulier sensiblement égale à 360 min. La durée pendant laquelle l'élément cru est porté à ladite température maximale de cuisson dépend de la taille de l'élément cru. Pour un élément cru ayant la taille d'une brique 20 industrielle telle que définie dans la partie expérimentale de la présente demande, on porte ledit élément cru, éventuellement séché à la température maximale de cuisson pendant une durée sensiblement égale ou supérieure à 300min, en particulier sensiblement égale à 360 min et sensiblement égale ou inférieure à 480 min. Au-delà de 480 min, le procédé n'est plus 25 économiquement rentable. Selon un mode de réalisation, on réalise une pré cuisson dudit élément en le chauffant à une température de pré cuisson sensiblement égale ou supérieure à 500°C et sensiblement égale ou inférieure à 800°C, en particulier à une température de pré cuisson sensiblement égale à 600°C avant de 30 soumettre ledit élément à ladite température maximale de cuisson. Cette étape de pré-cuisson est de préférence toujours mise en oeuvre en même temps que la cuisson et prend place lors de la montée en température de l'élément cru jusqu'à la température de cuisson. Cette pré-cuisson permet de réaliser un dégazage qui permet d'éviter les gonflements de l'élément. La durée de ladite pré cuisson peut être par exemple sensiblement égale ou supérieure à 30min et sensiblement égale ou inférieure à 120 min, en particulier sensiblement égale à 60 min.
Avantageusement, on maintient ledit élément à une température de maintien sensiblement égale ou supérieure à 900°C et sensiblement égale ou inférieure à 1100°C et en particulier sensiblement égale à 1000°C pendant une durée donnée pouvant être sensiblement égale ou supérieure à 300 min et sensiblement égale ou inférieure à 480 min, après avoir soumis ledit élément à la dite température maximale de cuisson,. Ce palier de refroidissement permet de contrôler la taille des cristaux dans la microstructure de la céramique obtenue et d'augmenter la densité du matériau obtenu. Avantageusement, la vitesse de chauffe jusqu'à ladite température de cuisson est sensiblement égale ou inférieure à 2°C/min et notamment sensiblement égale à 0,4°C/min. Une telle vitesse de chauffe ou vitesse de montée en température permet une meilleure homogénéisation des températures dans le four et dans les pièces à cuire, ce qui limite les phénomènes de gonflement précités.
Selon un mode de réalisation, on réalise ledit mélange de base en mélangeant des cendres volantes de centrale à flamme à charbon, des cendres de foyer de centrale à flamme à charbon et de l'argile. Avantageusement, ledit mélange de base comprend en masse 90% ou plus de 90% de cendres volantes de centrale à charbon, ce qui permet de conférer à l'élément solide cuit une densité adaptée en particulier pour son utilisation dans le stockage de la chaleur. L'argile utilisée n'est pas limitée selon l'invention. Il peut s'agir, à titre d'exemple d'argile RR40 comme exposé ultérieurement, commercialisée par la société lmérys ou de toute autre argile ou mélange d'argiles.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite argile comprend un pourcentage massique de : - 5i02 sensiblement égal ou supérieur à 55 et sensiblement égal ou inférieur à 56 et notamment sensiblement égal à 55.90 3026 738 5 A1203 sensiblement égale ou supérieur à 38 sensiblement égal à 38,50; Fe203 sensiblement inférieur ou égal à 2,60 sensiblement égal à 2.00; 5 TiO2 sensiblement égal à 2.50 K20 sensiblement égal à 0.10 Na20 sensiblement égal à 0.05 CaO sensiblement égal à 0.65; et - MgO sensiblement égal à 0.30. 10 La nature du liquide ajouté n'est pas limitée selon et notamment et notamment l'invention. De préférence, on ajoute de l'eau audit mélange de base et notamment une quantité d'eau sensiblement égale ou supérieure à 5% en masse de la masse dudit mélange de base et sensiblement égale ou inférieure à 18% en masse de la masse dudit mélange. On peut ajouter une quantité d'eau sensiblement 15 égale à 15% en masse de la masse dudit mélange. L'ajout de liquide et notamment d'eau permet d'améliorer l'efficacité de l'étape de pressage et d'augmenter la tenue à crue des éléments solide selon l'invention. On peut également ajouter un adjuvant dans l'eau, comme par exemple : le méthyl éthylène glycol, des dextrines, notamment des dextrines de la marque 20 Tackidex® commercialisées par la société Roquette®, des déchets provenant de la production de la pâte à papier, ou du tripolyphosphate de sodium. Cette eau ou autre liquide devra être extraite de la brique lors d'une étape de séchage qui précède, l'étape de cuisson. La durée du séchage et sa température sont fonction de la quantité de liquide à évaporer. Dans le cas de 25 l'eau, la Demanderesse a mis en évidence qu'une quantité comprise entre 5 et 18 % en masse du mélange de base permet d'optimiser la tenue à cru et l'étape de mise en forme. Par ailleurs, la Demanderesse a mis en évidence que le séchage doit s'opérer lentement et dans toute l'épaisseur de l'élément cru. Des 30 températures de séchage comprises entre 40°C et 100°C ou égales à 40°C ou 100°C ont été identifiés comme adéquates. Avantageusement, ledit mélange de base comprend en pourcentage massique une quantité de : - Si02 sensiblement égale ou supérieure à 48 et sensiblement égale ou inférieure à 62; - A1203 sensiblement égale ou supérieure à 25 et sensiblement égale ou inférieure à 32; - TiO2 sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 1,5; - Fe203 sensiblement égale ou supérieure à 8 et sensiblement égale ou inférieure à 9; - CaO sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 3; - MgO sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 3; - Na20 sensiblement égale ou supérieure à 0,1 et sensiblement égale ou inférieure à 0,8; - K20 sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 2,5. Avantageusement, ledit mélange de base comprend, en outre du pentoxide de phosphore et notamment un pourcentage massique de pentoxyde de phosphore sensiblement égal ou supérieur à 0,005 et sensiblement égal ou inférieure à 0,25. Avantageusement ledit mélange de base présente une taille maximale de grain sensiblement égale 1mm ; selon l'invention, 95% des grains ont une taille inférieure à 160pm. La présente invention concerne également un élément solide, susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention et qui, de manière caractéristique, comprend, en pourcentage massique, une quantité de : - Si02 sensiblement égale ou supérieure à 48 et sensiblement égale ou inférieure à 62; - A1203 sensiblement égale ou supérieure à 25 et sensiblement égale ou inférieure à 32; - TiO2 sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 1,5; - Fe203sensiblement égale ou supérieure à 8 et sensiblement égale ou inférieure à 9; - CaO sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 3; - MgO sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 3; - Na20 sensiblement égale ou supérieure à 0,1 et sensiblement égale ou inférieure à 0,8; - K20 sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 2,5 ; et éventuellement du pentoxide de phosphore et notamment un pourcentage massique de pentoxyde de phosphore sensiblement égal ou supérieur à 0,005 et sensiblement égal ou inférieur à 0,25. Cet élément solide peut présenter une densité sensiblement égale ou supérieure à 1,7 et sensiblement égale ou inférieure à 2,3 t/m3. Il peut présenter une porosité ouverte sensiblement égale ou supérieure à 5% et sensiblement égale ou inférieure à 30%. Il peut également présenter une phase vitreuse qui peut être supérieure à 50% en volume. Cette phase vitreuse est composée de Si02 et A1203.
DEFINITIONS Le terme «élément solide» définit, au sens de la présente invention, tout solide quelle que soit sa forme et ses dimensions. Il peut s'agir, par exemple, d'une pastille, d'une brique, d'une sphère, d'une structure en nid d'abeille. On peut privilégier les structures connues qui ont déjà fait leurs preuves dans le stockage de la chaleur. Le terme « frittage » désigne le processus de consolidation par action de la chaleur d'un agglomérat granulaire plus ou moins compact, avec ou sans fusion d'un ou de plusieurs de ses constituants, sans fusion de la totalité des composants.
Les termes «cendres volantes de centrale à flamme à charbon» désignent le résidu finement divisé résultant de la combustion du charbon pulvérisé. Les cendres volantes sont récupérées lors du dépoussiérage des fumées rejetées par les centrales thermiques qui utilisent du charbon broyé comme combustible en présence ou non de matériaux de co-combustibles. Les cendres volantes sont obtenues par précipitation électrostatique ou mécanique des particules pulvérulentes contenues dans les gaz de fumée des chaudières. Leur composition chimique peut varier ; selon l'invention, elles sont essentiellement formées de Si02, A1203, Ti02, Fe203, CaO, MgO, Na20 et K20. Elles peuvent également comprendre au moins un des composés/éléments suivants : Mn02, S03, Cl et P205. Les termes «cendres de foyer» définissent les résidus de la combustion de charbon récupérés directement à la base de la chaudière. Leur composition peut varier ; elles sont essentiellement ou exclusivement formées de Si02, A1203, et Fe203. Les termes « porosité ouverte » font référence au volume des cavités communiquant les unes avec les autres. La porosité ouverte est mesurée, selon l'invention par la méthode sous vide selon la norme ASTM 0329 - 88(2011). BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La présente invention sera mieux comprise à la lecture des exemples de réalisation qui suivent et qui font référence aux figures annexées parmi lesquelles - la FIG. 1 représente un premier diagramme de cuisson qui représente la courbe de la température d'un élément selon l'invention (taille échantillon de laboratoire) en fonction du temps, lors de sa cuisson et de son refroidissement ultérieur ; - la FIG. 2 représente un deuxième diagramme de cuisson qui représente la courbe de la température d'un élément selon l'invention (taille échantillon de laboratoire) en fonction du temps, lors de sa cuisson et de son refroidissement ultérieur - la FIG. 3 représente, pour une composition donnée, l'aspect d'une coupe transversale de briques selon l'invention (taille échantillon de laboratoire), obtenues avec une cuisson selon le diagramme de la FIG. 1 (à gauche) et selon le diagramme de la FIG. 2 (à droite) ; - la FIG. 4 représente la densité de l'élément selon l'invention (taille échantillon de laboratoire) en fonction du pourcentage en FCA du mélange de base, chaque mélange comportant en plus une quantité d'argile telle que précitée égale à 10% du mélange FCA/CBA, la cuisson étant mise en oeuvre selon le diagramme de la FIG. 2; - la FIG. 5 représente une photographie prise au microscope électronique d'une coupe d'une brique obtenue selon le diagramme de cuisson représenté sur la FIG. 2 pour un mélange de base FCA/CBA 100/0 auquel on a ajouté une quantité d'argile égale à 10% en masse de ce mélange ; - la FIG. 6 représente une photographie prise au microscope électronique d'une coupe d'une brique obtenue selon le diagramme de cuisson représenté sur la FIG. 2 pour un mélange de base FCA/CBA 70/30 auquel on a ajouté une quantité d'argile égale à 10% en masse de ce mélange ; et - la FIG. 7 représente la porosité ouverte en % du volume total en fonction de la température de cuisson de l'élément selon l'invention (taille échantillon de laboratoire). DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION EXEMPLES Fabrication de briques Les matières premières utilisées sont : - des cendres volantes silico-alumineuses issues de la combustion de houille pulvérisée en centrale à flamme à une température de 1400°C. Ces cendres sont commercialisées sous le nom de SILICOLINE® Sèche par la société Surschiste). Ces cendres forment une poudre dont le diamètre maximal des grains est inférieur à 315pm. Ces cendres volantes sont dénommées FCA dans la suite de la présente demande ; - des cendres de foyers de type silico alumineuses, produites par la combustion de charbon pulvérisé dans les chaudières des centrales thermoélectriques à flamme et commercialisées sous le nom de SILICOLIT par la société Surschiste. Ces cendres sont tamisées avec un tamis présentant des mailles formant des ouvertures carrées de dimensions 4x4mm. Elles sont dénommées CBA dans la suite de la présente demande ; et - de l'argile RR40 commercialisée par la société Imerys et broyée de manière à obtenir des grains de taille maximale sensiblement égale à 2mm (TV2); Préparation du mélange de base La Silicoline® sèche est utilisée telle que commercialisée.
La Silicolit® est commercialisée à environ 15% d'humidité. Afin de faciliter son emploi, elle est séchée pendant 24 h à 110°C dans une étuve puis broyée et tamisée avec un tamis dont les mailles présentent une ouverture de 100pm. Il est également possible d'utiliser de la Silicolit® tamisée avec un tamis présentant des mailles carrées de dimensions 5x5mm.
L'argile RR40 est broyée puis tamisée avec un tamis de 100pm. Les matières premières sous forme de poudre sont mélangées de manière à former un mélange de base homogène. On ajoute ensuite une quantité d'eau correspondant à 6% de la masse totale du mélange de base pour les échantillons de laboratoire. Un échantillon est mis à l'étuve pendant 1/2 heure à 100°C pour contrôler le taux d'humidité. On réalise les mélanges suivants indiqués dans le tableau I: Tableau I Mélange (FCA(g)/CBA(g)) 100/0 70/30 50/50 30/70 0/100 FCA 100 70 50 30 0 CBA 0 30 50 70 100 RR40 10 10 10 10 10 La composition chimique calculée de chacun des mélanges précités est indiquée dans le Tableau II suivant : Tableau II Composé (`)/0 100/0 70/30 50/50 30/70 0/100 massique du mélange de base) Si02 51,3 54,9 57,6 60,6 65,8 A1203 30,4 29,1 28,2 27,1 25,1 TiO2 1,1 0,9 0,7 0,6 0,24 Fe203 8,2 8,3 8,4 8,5 8,7 CaO 2,9 2,2 1,7 1,1 0,07 MgO 2,8 2,1 1,6 1,0 0,02 Na20 0,6 0,4 0,3 0,2 0,00 K20 2,4 1,8 1,4 0,9 0,01 P205 0,2 0,2 0,1 0,1 0,01 La quantité d'argile indiquée dans le Tableau I permet d'obtenir une densité de l'ordre de 1,58g/cm3. Lorsque la quantité d'argile est plus faible, la densité est moindre et le mélange ne permet pas de façonner un élément cru présentant une cohésion suffisante. Par ailleurs, l'utilisation d'une trop grande quantité d'argile augmente le coût de production du matériau. Fabrication de l'élément solide cru Les mélanges obtenus sont pré-compactés puis pressés dans un moule de section rectangulaire de dimensions 115mmx65mm (taille échantillon de laboratoire). On applique alors une pression de 34MPa à l'aide d'une presse hydraulique. Chaque moule contient une quantité de mélange égale à 400g. On obtient ainsi une brique de 20 mm de hauteur qui constitue un échantillon de laboratoire. On réalise également des briques de dimensions industrielles de 30 mm d'épaisseur, par pressage dans un moule de dimension 230x114mm en exerçant une pression de 30MPa. Les briques obtenues présentent un poids de 1,4kg. Dans le cas de ces briques de dimensions industrielles, on a jouté au mélange de base une quantité d'eau sensiblement égale à 15% en masse du mélange de base.
Les briques industrielles crues obtenues sont séchées dans une étuve à 100°C pendant 12 heures, 24 ou 48h après leur fabrication, que ce soit pour les échantillons de laboratoire ou les briques de taille industrielle. Cuisson La cuisson est mise en oeuvre dans un four électrique pour les échantillons de laboratoire ou un four tunnel à gaz pour les briques de taille plus importante. Le Tableau III suivant regroupe les résultats obtenus en termes de densité et de porosité ouverte en fonction de la température de cuisson, de la vitesse de 3026 73 8 12 chauffe pour chacun des mélanges du Tableau I Certaines compositions ont été utilisées pour la production de briques industrielles telles que précitées. Les valeurs correspondant à ces briques industrielles figurent dans le Tableau III ci-dessous et sont indiquées entre parenthèses.
5 Tableau III Mélange Densité (T/m3) Vitesse moyenne durée de Température maximale (°C) Porosité ouverte maintien à la de chauffe température maximale (min) (0A) (°C/min) 100/0 2,2 3 30 1150 14 (2) (0.43) (300 min) (20%) 70/30 2,1 3 60 1175 21 50/50 2 3 30 1175 22 30/70 2,1 1,7 60 1150 29,5 (1.45) (0.43) (300 min) (30%) Les valeurs de densité indiquées dans le Tableau III précité sont obtenues par la méthode d'Archimède.
10 Influence de la vitesse de chauffe sur l'aspect de la brique cuite (échantillons de laboratoire) Pour la composition 100/0, on a testé l'influence de la vitesse de chauffe. On a réalisé une série de briques crues identiques conformément au protocole indique précédemment. Les briques obtenues sont des échantillons 15 de laboratoire et ont été divisées en deux séries. La première série a été cuite à 1175°C La FIG. 1 représente la courbe de la température en fonction du temps lors de la cuisson et après cette dernière, pour la première série, tandis que la FIG. 2 représente la courbe de la température en fonction du temps lors de la 20 cuisson et après cette dernière pour la deuxième série. Comme représenté sur la FIG. 1, pour la première série, la température croît linéairement de 20°C à 1150°C sur une durée de 753,33 min, ce qui équivaut à une vitesse de chauffe de 1,5°C/min. La température est ensuite 3026 73 8 13 gardée constante à 1150°C durant 60 min. La température chute ensuite jusqu'à 20°C en 376 minutes. Pour la deuxième série, comme représenté sur la FIG. 2, la température augmente de manière linéaire de 20°C à 600°C en 386,66 min ce 5 qui correspond à une vitesse de chauffe de 1,5°C/min. La température reste ensuite égale à 600°C pendant 60 min puis augmente linéairement jusqu' à 1150°C en 366 min. La température reste ensuite égale à 1150°C durant 60 min. La température redescend ensuite jusqu'à 1000°C en 50 min. La température est alors maintenue constante et égale à 1000°C pendant 60 min.
10 On la laisse ensuite redescendre jusqu'à 20°C comme dans le cas de la courbe représentée sur la FIG. 1. La FIG. 3 montre une vue en coupe des briques obtenues (taille échantillon de laboratoire), les briques de la première série étant à gauche sur la FIG. 3 et celle obtenues pour la deuxième série à droite. On constate sur la 15 FIG. 3 que la courbe de température de la FIG. 2 permet d'obtenir des briques plates et parfaitement homogènes. Les briques obtenues avec la courbe de cuisson de la FIG. 1 sont gonflées sur le dessus ou présentent des poches d'air, les rendant inutilisables. Les mêmes résultats ont été obtenus pour d'autres compositions de mélange 20 de base. Influence de la composition chimique du mélange de base sur la porosité ouverte Des briques crues obtenues à partie de mélanges de base de 25 composition variées mais contenant toujours 10% en masse d'argile telle que précitée par rapport à la masse de FCA+CBA ont été cuite selon le diagramme de cuisson représenté sur la FIG. 2. On a ensuite mesuré la densité des briques cuites ainsi obtenus selon la méthode d'Archimède. Les résultats obtenus sont regroupés sur la FIG. 4. Les résultats regroupés sur la FIG. 4 indiquent que plus la quantité de FCA est élevée, plus la densité augmente. Ces résultats sont corroborés par les images obtenues à l'aide d'un microscope à balayage électronique modèle Philips XL 30: La FIG. 5 est une 3026 738 14 vue au microscope électronique d'une coupe d'une brique obtenue selon le diagramme de cuisson représenté sur la FIG. 2 pour un mélange de base FCA/CBA 100/0 auquel on a ajouté 10% en masse de ce mélange, d'argile telle que précitée. Sur la FIG. 5, on constate une forte concentration de 5i02- 5 A1203 et des grains riches en Fe203 ainsi qu'une certaine porosité. La FIG. 6 est une vue au microscope électronique d'une coupe d'une brique obtenue selon le diagramme de cuisson représenté sur la FIG. 2 pour un mélange de base FCA/CBA 70/30 auquel on a ajouté 10% en masse de ce mélange, d'argile telle que précitée. Sur la FIG. 6, on constate également une 10 forte concentration de 5i02-A1203 et des grains riches en Fe203 ainsi qu'une porosité plus importante que dans le cas de la FIG. 5 et l'apparition d'un réseau reliant les différentes cavités. Influence de la température de cuisson sur la porosité ouverte 15 On a réalisé comme précédemment indiqué des briques crues avec un mélange de base (à indiquer). Les briques crues ont été cuites selon la courbe de température de la FIG. 2 mais avec des températures de cuisson différentes. Les résultats obtenus sont regroupés sur la FIG. 7. La FIG. 7 montre que plus la température de cuisson est élevée plus la porosité ouverte 20 diminue. Concernant les briques de taille industrielle, il a été observé qu'il est important d'avoir une faible vitesse de montée en température. Une vitesse de montée en température sensiblement égale à 0,4°C/min est adéquate. Il n'est pas nécessaire de procéder à une pré-cuisson. En revanche, l'étape de 25 maintien à une température de maintien durant une durée de 300 min à 480 min est importante pour obtenir des briques présentant une forme adaptée à leur utilisation industrielle, sans gonflement et ayant une densité satisfaisante. La température de maintien est alors sensiblement égale à 1000°C.

Claims (17)

  1. REVENDICATIONS: 1. Procédé de fabrication d'un élément solide en matériau de type céramique, apte à être utilisé notamment pour le stockage de la chaleur, caractérisé en ce que - on réalise un mélange de base sous forme de poudre comprenant les composés suivants : Si02, A1203, Ti02, Fe203, CaO, MgO, Na20 et K20 - on ajoute au moins un liquide, - on met en forme le mélange obtenu de façon à former un élément cru, solide ; - on fait éventuellement sécher ledit élément cru obtenu ; - on soumet ledit élément cru éventuellement séché à une température maximale de cuisson sensiblement égale ou supérieure à 1110°C et sensiblement égale ou inférieure à 1200C de manière à consolider ledit élément; et - on laisse ledit élément obtenu refroidir jusqu'à la température ambiante.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite température maximale de cuisson est sensiblement égale à 1150°C.
  3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on soumet ledit élément à ladite température maximale de cuisson pendant une durée sensiblement égale ou supérieure à 300 min et sensiblement égale ou inférieure à 480 min et en particulier sensiblement égale à 360m in.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on réalise une pré cuisson dudit élément en le chauffant à une température de pré cuisson sensiblement égale ou supérieure à 500°C et sensiblement égale ou inférieure à 800°C, en particulier à une température de pré cuisson sensiblement égale à 600°C pendant une durée de pré cuisson donnée, avant de le soumettre à ladite température maximale.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que après avoir soumis ledit élément à la dite températuremaximale de cuisson, on maintient ledit élément à une température de maintien sensiblement égale ou supérieure à 900°C et sensiblement égale ou inférieure à 1100°C et en particulier sensiblement égale à 1000°C pendant une durée donnée avant de laisser ledit élément refroidir jusqu'à la température ambiante.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de chauffe jusqu'à ladite température maximale de cuisson est sensiblement égale ou inférieure à 2°C/min et notamment sensiblement égale à 0,4°C/min. 10
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on forme ledit mélange de base en mélangeant des cendres volantes de centrale thermique à charbon, des cendres de foyer de centrale thermique à charbon et de l'argile.
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit mélange 15 de base comprend en masse 90% ou plus de 90% de cendres volantes de centrale à charbon.
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que ladite argile comprend un pourcentage massique de : Si02 sensiblement égal ou supérieur à 55 et sensiblement 20 égal ou inférieur à 56 et notamment sensiblement égal à 55.90 - A1203 sensiblement égale ou supérieur à 38 et notamment sensiblement égal à 38,50; - Fe203 sensiblement inférieur ou égal à 2,60 et notamment 25 sensiblement égal à 2.00; - TiO2 sensiblement égal à 2.50 - K20 sensiblement égal à 0.10 Na20 sensiblement égal à 0.05 - CaO sensiblement égal à 0.65 ; et 30 - MgO sensiblement égal à 0.30,
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on ajoute de l'eau audit mélange de base et notamment une quantité d'eau sensiblement égale ou supérieure à 5% enmasse de la masse dudit mélange de base et sensiblement égale ou inférieure à 18 % en masse de la masse dudit mélange, en particulier sensiblement égale à 15%.
  11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit mélange de base comprend en pourcentage massique une quantité de : - Si02 sensiblement égale ou supérieure à 48 et sensiblement égale ou inférieure à 62; - A1203 sensiblement égale ou supérieure à 25 et sensiblement égale ou inférieure à 32; - TiO2 sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 1,5; - Fe203 sensiblement égale ou supérieure à 8 et sensiblement égale ou inférieure à 9; - CaO sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 3; - MgO sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 3; - Na20 sensiblement égale ou supérieure à 0,1 et sensiblement égale ou inférieure à 0,8; - K20 sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 2,5.
  12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit mélange de base comprend, en outre du pentoxide de phosphore et notamment un pourcentage massique de pentoxyde de phosphore sensiblement égal ou supérieur à 0,005 et sensiblement égal ou inférieure à 0,25.
  13. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit mélange de base présente une taille maximale 30 sensiblement égale à 1mm.
  14. 14. Elément solide susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, en pourcentage massique, une quantité de :- Si02 sensiblement égale ou supérieure-à 48 et sensiblement égale ou inférieure à 62; - A1203 sensiblement égale ou supérieure à 25 et sensiblement égale ou inférieure à 32; - TiO2 sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 1,5; - Fe203 sensiblement égale ou supérieure à 8 et sensiblement égale ou inférieure à 9; - CaO sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 3; - MgO sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 3; - Na20 sensiblement égale ou supérieure à 0,1 et sensiblement égale ou inférieure à 0,8 ; - K20 sensiblement égale ou supérieure à 0,5 et sensiblement égale ou inférieure à 2,5 ; et éventuellement du pentoxide de phosphore et notamment un pourcentage massique de pentoxyde de phosphore sensiblement égal ou supérieur à 0,005 et sensiblement égal ou inférieur à 0,25.
  15. 15. Elément solide selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il présente une densité sensiblement égale ou supérieure à 1,7 et sensiblement égale ou inférieure à 2,3 t/m3.
  16. 16. Elément solide selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce qu'il présente une porosité ouverte sensiblement égale ou supérieure à 5% et sensiblement égale ou inférieure à 30%.
  17. 17. Elément solide selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce qu'il présente une phase vitreuse.30
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