FR3127491A1 - Procede de fabrication de fibres de verre-e a partir de laitier de haut fourneau - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication de fibres de verre E présentant une composition cible, comprenant la fusion d’un mélange de matières premières constituant un bain de fusion dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend au moins 10% poids, d’un laitier de haut fourneau répondant à la composition suivante : SiO2 entre 28 et 42%, de préférence entre 30 et 40% Al2O3 entre 4 et 18%, de préférence entre 7 et 15% Na2O moins de 1%, de préférence moins de 0,6% K2O moins de 1%, de préférence moins de 0,6% CaO entre 35 et 49%, de préférence entre 38 et 46%, MgO entre 1 et 10%, de préférence entre 1 et 6%, Fe2O3 moins de 0,8%, de préférence moins de 0,5% TiO2 moins de 5%, de préférence moins de 3%, par exemple entre 0,3 et 1,0% MnO moins de 0,6%, de préférence entre 0 et 0,3%.
Description
L’invention concerne le domaine de la fusion d’un mélange de matières premières, en particulier pour la fabrication de fibres de verre, en particulier de fibres de verre E. Le fil de verre E est non seulement utilisé dans l’industrie textile mais aussi pour les renforts des éléments composites.
Ses excellentes propriétés d’isolation électrique, même à faible épaisseur, combinées à sa résistance mécanique et son comportement à différentes températures, ont été à la base des premières applications de la fibre ou du fil de verre E.
La fibre de verre E possède ainsi une faible conductivité thermique. La fibre peut résister à des températures de plus de 600°C et est incombustible. En outre elle présente une excellente résistance chimique. Les produits fibreux en verre E résistent aux huiles, aux solvants, et la majorité des agents chimiques. De plus, ils sont imputrescibles. Le fil de verre E est en outre insensible aux variations de température et d’hygrométrie et son coefficient de dilatation est peu élevé.
Les produits à base de fibre de verre E sont en outre particulièrement résistants à l’abrasion et aux vibrations, et possèdent une excellente flexibilité. Le fil de verre a une résistance spécifique supérieure (résistance traction/ masse volumétrique) à celle de l’acier. Cette caractéristique permet de développer aujourd’hui des fils de verre qui renforceront des composites hautes performances.
Les fibres de verre E sont utilisées pour des applications électriques, de renforcement et de protection dans des systèmes composites. La composition est centrée proche de l’eutectique du système SiO2, Al2O3, CaO avec en plus, éventuellement du B2O3pour diminuer la température au fibrage.
Étant donnée qu’il faut assurer une bonne tenue diélectrique, la présence d’alcalins (en particulier Na et K) et de métaux de transition est à proscrire ou du moins à minimiser dans la mesure du possible. Cette contrainte limite fortement la liste des matières premières envisageables pour la production du verre E.
Une composition classique du verre E est donnée ci-après (en pourcentages poids des oxydes simples):
| %poids | E-glass |
| SiO2 | 52-58 |
| B2O3 | 1-8 |
| Al2O3 | 12-15 |
| CaO | 21-24 |
| MgO | <4 |
| Na2O | R2O< 2%, de préférence <1% |
| K2O | |
| Fe2O3 | <0,4 |
Industriellement, le SiO2est souvent apporté par le sable, le porteur de Al2O3le plus courant est le kaolin et celui du CaO est le carbonate de calcium (calcaire). Le B2O3peut être apporté de préférence par la colémanite (2CaO.3B2O3.5H2O) et/ou l’acide borique ou encore le borate de sodium pentahydraté Na2B4O7.5H2O (CAS 12179-04-3) souvent appelé commercialement borax). D’autres sources de bore, comme l’ulexite, la tincalconite et la kernite peuvent être aussi utilisées ou encore un borate de soude de formule générale Na2B4O7.xH20, x pouvant être égal à 0 ou à10).
Dans le mélange vitrifiable, les émissions de CO2proviennent principalement, voire exclusivement, de la décomposition du calcaire: plus de 100 kg CO2par tonne de verre E fondu le calcaire représentant environ 30% du mélange initial.
Pour certaines applications où la pression sur le prix est très forte, on peut remplacer jusqu’à 4% du B2O3par du MgO. Comme ce changement augmente la viscosité du verre et diminue la plage de travail (Tlog3-Tliquidus), le four et le fibrage sont beaucoup plus sollicités thermiquement, diminuant leur durée de vie. Le porteur de MgO courant peut être un carbonate double de calcium et de magnésium , comme décrit dans le brevet EP1230184 B1.
La composition initiale est chauffée jusqu’à sa fusion. On considère qu’à 1400°C, le liquide est homogène, mais ce n’est qu’à 1500 °C que les dernières bulles et impuretés disparaissent du verre. Affinée, la masse en fusion est normalement parfaitement transparente à la sortie du four. Cette masse traverse des filières (plaques d’alliages de platine percées de centaines de trous) pour produire un fil de verre. Ce fil est ensuite ensimé, bobiné puis séché.
Il est généralement admis que le choix des matières premières précédemment citées est nécessaire pour obtenir une bonne qualité de verre notamment après son fibrage. Parmi les propriétés jugées comme essentielles, on peut citer notamment le rendement de la fusion (ratio entre la quantité de verre produite et la quantité de matières premières enfournée), la qualité de l’affinage qui se traduit par un nombre minime de bulles résiduelles dans le verre, l’homogénéité du verre (notamment l’homogénéité en SiO2), ainsi que le nombre d’infondus.
La consommation énergétique (énergie nécessaire à la fusion du mélange de matières première) peut également être un élément à prendre en compte.
Pour répondre aux requis précédents, le verre est habituellement préparé par la fusion dans un four de matières premières comprenant de la silice et au moins un alcalino-terreux (pour donner au verre de la résistance à l’hydrolyse) sous la forme de calcaire (carbonate de calcium). Un porteur d’alumine (tel que le kaolin) et un porteur de bore (par exemple du borate de sodium pentahydraté ou la colémanite), sont les deux autres éléments majeurs de la composition d’un bain actuel.
Au cours de la fusion, le ou les carbonates dégagent du gaz carbonique dont les bulles contribuent au brassage de la masse en cours de fusion. L’élimination des bulles dans le verre peut également nécessiter l’ajout d’un agent affinant comme le sulfate de calcium ou de sodium dont le dégagement d’oxyde de soufre entraîne vers la surface du verre les bulles résiduelles de gaz carbonique et d’eau. Dans un procédé classique de fabrication du verre pour l’obtention de fibres E, l’émission de CO2due seulement aux matières premières (sans compter les émissions dues au chauffage et à la montée en température jusqu’à la fusion) est généralement de l’ordre de 15 à 20% de la masse totale des matières premières utilisées. Le gaz carbonique est un gaz à effet de serre et il est souhaitable de mettre au point des procédés de fabrication du verre générant le moins de CO2possible pour des raisons environnementales, tout en menant à un verre de bonne qualité et pour un coût acceptable.
En plus du dégagement de CO2directement lors du procédé de fusion du bain de matières premières, il est donc important de considérer le procédé de fabrication du verre E dans sa globalité, en tenant compte d’autres facteurs comme le transport des matières premières ou encore le coût énergétique de la mise à disposition desdites matières premières en vue de leur utilisation dans le procédé de fabrication du verre. En résumé, dans un objectif de réduire les coûts énergétiques et optimiser le bilan CO2, il est important de tenir compte de l’ensemble des étapes aboutissant à la formation du verre et à la préparation des matières premières en plus de l’étape finale de fusion du bain de matières premières.
Dans un tel but, l’utilisation de déchets industriels comme le laitier de haut-fourneau, avantageusement en combinaison avec d’autres matières premières minérales non transformées, à la place des matières carbonatées et/ou débarrassées de leurs impuretés telles qu’actuellement utilisées, présente l’avantage de contribuer à la réduction des émissions de CO2puisqu’aucune autre énergie de transformation que l’étape de fusion n’entre dans le bilan global de ladite fabrication.
L’objet de la présente invention est de contribuer à résoudre un tel problème technique en proposant un procédé de fabrication du verre E pour lequel les émissions de CO2sont effectivement et sensiblement diminuées, sur la base de l’ensemble des étapes aboutissant à la formation de la fibre de verre et pour lequel les étapes de transformation de matière avant la fusion du bain ont été optimisées.
Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de fabrication de fibre de verre E présentant une composition cible, comprenant la fusion d’un mélange de matières premières constituant un bain de fusion, ladite composition cible répondant aux critères suivants, en pourcentages poids :
SiO2: entre 45 et 60%, de préférence entre 52 et 58%,
CaO: entre 15 et 30%, de préférence entre 18 et 24%,
Al2O3: entre 10 et 20%, de préférence entre 12 et 15%,
B2O3: entre 0 et 10%, de préférence entre 1 et 8%,
MgO : moins de 4%, de préférence moins de 3%, notamment entre 0 et 3%,
K2O + Na2O: moins de 2%, de préférence entre 0 et 1%,
Oxyde de fer : moins de 0,5%,
autre (s) oxyde (s) : entre 0 et 3 % en cumulé, de préférence entre 0 et 1% en cumulé,
le reste étant constitué d’impuretés inévitables,
ledit procédé étant caractérisé en ce que ledit mélange du bain de fusion comprend au moins 10% poids, de préférence au moins 15% poids, de préférence encore au moins 20% poids, d’un laitier de haut-fourneau répondant à la composition suivante :
SiO2entre 28 et 42%, de préférence entre 30 et 40%,
Al2O3entre 4 et 18%, de préférence entre 7 et 15%,
Na2O moins de 1%, de préférence moins de 0,6%,
K2O moins de 1%, de préférence moins de 0,6%,
CaO entre 35 et 49%, de préférence entre 38 et 46%,
MgO entre 1 et 10%, de préférence entre 1 et 6%,
Fe2O3moins de 0,8%, de préférence moins de 0,5%,
TiO2moins de 5%, de préférence moins de 3%, de préférence entre 0,3 et 3,0%, par exemple entre 0,3 et 1,0%
MnO moins de 0,6%, de préférence entre 0 et 0,3%
Selon des modes de réalisations préférés mais non limitatifs de la présente invention, non limitatifs mais qui peuvent bien entendu être combinés entre eux :
- Ledit mélange du bain de fusion comprend une source de silicium notamment choisie parmi la silice, un silicate, le calcin de verre E ou des fibres minérales recyclées ou leur mélange.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend une source de bore de préférence choisie parmi le borate de sodium pentahydraté ou un oxyde de bore et de calcium, en particulier la colémanite, ou un oxyde de bore, de sodium et de calcium, en particulier l’ulexite et/ou la tincalconite et/ou la kernite.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend un oxyde mixte de bore et de calcium, comprenant, en pourcentage poids, au moins 30 % de B2O3et au moins 20% poids de CaO, B2O3et CaO représentant ensemble plus de 60% et de préférence plus de 70% dudit oxyde mixte de bore et de calcium.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend en outre au moins un oxyde mixte de silicium avec au moins un élément choisi dans le groupe constitué par Ca et Al.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend au moins un oxyde mixte choisi dans le groupe constitué par un silicate de calcium, un silicate d’aluminium, un silicate d’aluminium et de calcium.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend au moins 10% poids, de préférence au moins 20% poids, en cumulé, du ou desdits oxydes mixtes.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend un silicate de calcium minéral comprenant, en pourcentage poids, au moins 30% de SiO2et au moins 30% poids de CaO, SiO2et CaO représentant ensemble plus de 70% et de préférence plus de 80% dudit silicate de calcium.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend un composé minéral répondant à la composition suivante, en pourcentages poids :
- SiO2: entre 30 et 55%, de préférence entre 35 et 52%,
- CaO : entre 35 et 50%, de préférence entre 40 et 50%,
- CaO et SiO2représentant ensemble plus de 70%, de préférence encore plus de 80%,
- Fe2O3: entre 0 et 4%, par exemple entre 0,1 et 0,5%
- Al2O3: entre 0 et 5%, par exemple entre 0,5 et 2%
- moins de 5% d’autres oxydes, de préférence moins de 3% d’autres oxydes.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend un silicate de calcium et d’aluminium comprenant, en pourcentage poids, plus de 30% de SiO2, plus de 5% poids de CaO et plus de 20% d’aluminium, SiO2, CaO et Al2O3représentant ensemble plus de 70% et de préférence plus de 75% poids dudit silicate de calcium et d’aluminium.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend un silicate de calcium et d’aluminium répondant à la composition suivante, en pourcentages poids :
- SiO2: entre 40 et 60%, de préférence entre 45 et 55%,
- CaO : entre 10 et 30%, de préférence entre 12 et 20%,
- Al2O3: entre 25 et 35%,
- SiO2, CaO et Al2O3représentant ensemble plus de 85%, de préférence encore plus de 90%, voire plus de 95%
- moins de 5% d’autres oxydes, de préférence moins de 3% d’autres oxydes.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend un silicate d’aluminium comprenant, en pourcentage poids, plus de 50% de SiO2, et plus de 10% d’aluminium, SiO2et Al2O3représentant ensemble plus de 70% et de préférence plus de 80% ou même plus de 90% poids dudit silicate d’aluminium.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend un silicate de calcium et d’aluminium répondant à la composition suivante, en pourcentages poids :
- SiO2: entre 65 et 85%, de préférence entre 70 et 80%,
- Al2O3: entre 15 et 25%,
- SiO2, et Al2O3représentant ensemble plus de 85%, de préférence encore plus de 90%, voire plus de 95%
- moins de 5% d’autres oxydes, de préférence moins de 3% d’autres oxydes.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend en outre une source complémentaire d’aluminium tel que le kaolin, de l’alumine éventuellement hydratée ou la pyrophyllite.
- Ledit mélange du bain de fusion comprend en outre une source carbonatée complémentaire de calcium, en particulier choisie parmi le calcaire ou la dolomie, en une quantité inférieure à 15% poids, de préférence inférieure à 5%.
- On introduit dans le bain de fusion du calcin de verre E ou des fibres minérales recyclés, en particulier de la laine de verre recyclée ou de la laine de roche recyclée, le calcin de verre E recyclé ou de fibres minérales recyclées représentant de préférence entre 10 et 50% du poids total du bain de fusion.
- Les fibres minérales recyclées peuvent présenter la composition suivante :
SiO2: entre 30 et 50%, de préférence entre 35 et 45%
Na2O: entre 0 et 10%, de préférence entre 0,4 et 7%
CaO: entre 10 et 35%, de préférence entre 12 et 25%
MgO : entre 1 et 15%, de préférence entre 5 et 13%
CaO+MgO : entre 11 et 40% en cumulé,
Al2O3: entre 10 et 27%,
K2O : entre 0 et 2%, de préférence entre 0 et 1%
Oxyde de fer : entre 0,1 et 3%,
autre (s) oxyde (s) : entre 0 et 5 % en cumulé, de préférence moins de 3%,
le reste étant constitué d’impuretés inévitables.
Un procédé selon l’invention comprend typiquement les étapes suivantes :
- on sélectionne les matières premières dudit bain de fusion dont au moins 10% poids dudit laitier de haut fourneau,
- sur la base de la composition dudit laitier de haut fourneau, on détermine les quantités nécessaires en les autres matières premières pour obtenir un verre de ladite composition cible, lesdites autres matières premières étant de préférence telles que décrites dans l’une des revendications précédentes,
- on effectue le mélange desdites matières premières selon lesdites quantités,
- on effectue la fusion, le fibrage dudit mélange et son refroidissement dans les conditions permettant l’obtention desdites fibres de verre.
L’invention concerne également le mélange de matières premières décrit précédemment.
Le mélange de matières premières selon l’invention est destiné à être chauffé à une température et dans des conditions permettant sa fusion pour l’obtention d’un verre répondant à ladite composition cible.
L’originalité de la présente invention réside dans le choix des matières premières. En effet, il a été découvert qu’il était possible d’utiliser dans de larges proportions un laitier de haut fourneau comme matière première dans un procédé de fabrication de verre E, sans traitement préalable particulier de celui-ci, ce choix conduisant avantageusement à la diminution du dégagement de CO2lors de la réaction de fusion. En particulier, selon le procédé de la présente invention, on se base initialement sur la composition exacte dudit laitier, telle que déterminée précisément par toute technique adéquate (par exemple analyse chimique, diffraction des rayons X, etc.) pour déterminer la composition du bain initial. Plus précisément, sur la base de cette détermination initiale de la composition du laitier de haut fourneau, on calcule les proportions nécessaires en les autres composants dudit bain pour arriver à une composition cible du verre final, de manière à minimiser la quantité de CO2dégagée et valoriser un déchet industriel.
Avec un tel mélange, il est possible de réduire sensiblement voire d’annuler les émissions de CO2provenant des matières premières, non seulement durant l’étape de fusion mais également de réduire sensiblement celles-ci dans les étapes préalables.
Comme démontré dans les exemples qui suivent, on a ainsi pu obtenir des fibres de verre E sans défauts à partir du mélange initial selon l’invention comme il sera montré dans les exemples qui suivent.
Selon l’invention, on introduit le moins possible de carbonate, voire aucun carbonate dans le mélange de matières premières. De préférence, la somme du poids de carbonate(s) est inférieure à 20%, et de préférence inférieure à 10%, et de préférence inférieure à 5%, et de préférence inférieure à 1% en poids, voire est nulle dans le mélange de matières premières. Selon un mode possible avantageux, le mélange de matières premières est exempt de tout carbonate. Il est avantageusement apte à ne dégager sensiblement aucun oxyde de carbone lors de son chauffage et sa fusion en verre, par exemple moins de 2% ou moins de 1%.
Pour réaliser le verre, selon un mode de réalisation préféré, le porteur de Si est très préférentiellement introduit dans le mélange de matières premières sous forme de silicate comme le kaolin et/ou de la silice, au moins partiellement.
Le porteur de calcium est avantageusement apporté sous la forme d’un silicate de calcium et/ou d’un silicate de calcium et d’aluminium.
Le porteur d’Al peut avantageusement être introduit dans le mélange de matières premières sous forme d’un silicate d’aluminium et/ou d’un silicate de calcium et d’aluminium, identique ou différent du précédent.
Les quantités de matières premières du mélange sont choisies pour mener à un verre dont la composition cible entre dans le cadre (les gammes de pourcentage en les différents oxydes) décrit(es) précédemment.
Le mélange de matières premières est chauffé jusqu’à l’obtention d’un verre fondu, généralement dans un four. On chauffe plus ou moins haut en température et plus ou moins longtemps selon la qualité du verre que l’on cherche, notamment selon le degré de tolérance en particules non fondues (appelées « infondus ») et en bulles. Généralement, la température maximale de chauffage du verre fondu est comprise entre 1400 et 1700°C. Pour la transformation du mélange de matières premières en verre, on peut faire appel aux techniques de fusion du verre bien connues de l’homme du métier. Cette transformation peut être réalisée dans tout type de four comme un four électrique à électrodes, un four à brûleurs aériens comme un four à brûleurs transversaux ou un four à boucle, un four à brûleurs immergés ou encore un four à récupérateur métallique ou un four fonctionnant à l’oxygène.
Le mélange de matières premières, notamment pulvérulent, peut éventuellement être humidifié ou préchauffé avant introduction dans un four afin de réduire les envols de matières premières dans le four en raison des courants de gaz de combustion.
Pour le chauffage et la fusion en verre, le mélange de matières premières, le cas échéant humidifié ou préchauffé, peut être introduit dans un four à l’état pulvérulent, ce qui implique que chaque matière première qu’il contient est à l’état de poudre. Pour le chauffage et la fusion en verre, le mélange de matières premières, le cas échéant humidifié ou préchauffé, peut être introduit dans un four à l’état de composition comprenant du calcin et le mélange de matières premières, ce dernier étant le cas échéant pulvérulent.
Dans le cadre de la présente invention, on peut s’affranchir de l’utilisation d’un système de conformation (c’est-à-dire de mise en forme) du mélange de matières premières par pression mécanique, notamment utilisant des moules menant à des agglomérats calibrées (briquettes, boulets, granulés, pellets, etc), comme des compacteuses à frettes. Ainsi, avant introduction dans un four, le mélange de matières premières peut ne pas être conformé par pression mécanique. Il n’est pas non plus nécessaire d’utiliser une technique de granulation de la matière première selon laquelle la matière est mise en rotation (notamment dans une cuve du type tambour en rotation) généralement en présence d’un liant de façon à mener à des granulés (pellets en anglais).
Exemples
Selon cette série d’exemples, on prépare différents mélanges de matière premières afin de comparer un mélange tel qu’actuellement utilisé pour la fabrication de verre E pour l’obtention finale d’une même composition, laquelle a sensiblement la formulation suivante en pourcentage poids d’oxydes :
| Eléments | Pourcentage poids% |
| SiO2 | 54-57 |
| CaO | 23-24 |
| MgO | <5 |
| Al2O3 | 13-14 |
| B2O3 | <6 |
| Na2O | <1 |
| K2O | <0,3 |
| Na2O+ K2O | <1 |
| Fe2O3 | <0,5 |
Les compositions des matières premières suivantes sont utilisées dans les exemples pour la synthèse des différentes compositions de verre :
| Product Name | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | B2O3 | Na2O | K2O | Fe2O3 | SrO | TiO2 | SO3 |
| Pourcentage poids | |||||||||||
| Silice | 99,2 | 0,37 | 0,04 | 0,02 | 0 | 0 | 0,01 | 0,06 | 0,01 | 0,08 | 0 |
| Calcaire | 0,18 | 0,04 | 55,6 | 0,46 | 0 | 0,01 | 0 | 0,015 | 0,03 | 0,01 | 0,01 |
| Kaolin | 45,4 | 38 | 0,18 | 0,17 | 0 | 0 | 0,17 | 0,55 | 0 | 1,48 | 0 |
| Colemanite | 4,74 | 0,1 | 28,1 | 1,93 | 39,9 | 0,07 | 0,03 | 0,03 | 0,96 | 0 | 0,27 |
| borax | 0 | 0 | 0 | 0 | 48,5 | 21,9 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Wollastonite | 51,6 | 0,34 | 44,7 | 0,66 | 0 | 0,03 | 0,1 | 0,29 | 0,01 | 0,03 | 0,04 |
| Anorthosite | 50,5 | 30,5 | 14,6 | 0,15 | 0 | 2,5 | 0,28 | 0,59 | 0,03 | 0,05 | 0,01 |
| Laitier | 35,7 | 11,2 | 42,2 | 7,85 | 0 | 0,29 | 0,5 | 0,22 | 0 | 0,3 | 0,85 |
| Dolomie | 0,04 | 0,03 | 30 | 22 | 0 | 0 | 0 | 0,03 | 0 | 0 | 0 |
| Pyrophyllite | 78,8 | 17,1 | 0 | 0 | 0 | 0,03 | 0,5 | 0,1 | 0 | 0,2 | 0,1 |
Dans le tableau précédent, la composition du laitier a été déterminée par fluorescence de rayons X.
Exemples 1 à 5
Selon une première série d’exemples on synthétise une composition de verre E répondant à la formulation précise donnée dans le tableau 3 ci-dessous, selon les techniques actuelles. Le mélange de matières premières est monté en température sous air en 1 h jusqu’à fusion du verre puis maintenu avec un palier d’une heure à la température maximale.
| Eléments | Pourcentage poids% |
| SiO2 | 54 |
| CaO | 24 |
| MgO | <5 |
| Al2O3 | 14 |
| B2O3 | 6 |
| Na2O | <1 |
| K2O | <0,3 |
| Na2O+ K2O | <1 |
| Fe2O3 | <0,5 |
Le tableau 4 ci-dessous donne les proportions des différentes matières premières (en pourcentage poids) et la composition finale du verre ainsi obtenu, ainsi que la valeur attendue du dégagement de CO2pour chaque composition :
| Kg/tonne verre | Réf. 1 | Ex.1 | Ex.2 | Ex.3 | Ex.4 | Ex.5 |
| silice | 370 | 329 | 180 | 248 | 0 | 0 |
| colemanite | 123 | 130 | 126 | 156 | 157 | 159 |
| pentaborax | 37 | 24 | 28 | 0 | 0 | 0 |
| Laitier | 0 | 181 | 154 | 329 | 437 | 439 |
| Dolomie | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| wollastonite | 0 | 0 | 301 | 0 | 0 | 0 |
| kaolin | 366 | 306 | 312 | 0 | 18 | 0 |
| anorthosite | 0 | 0 | 0 | 322 | 0 | 0 |
| calcaire | 368 | 222 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Pyrophyllite | 0 | 0 | 0 | 0 | 459 | 470 |
| %poids | Réf. 1 | Ex.1 | Ex.2 | Ex.3 | Ex.4 | Ex.5 |
| SiO2 | 53,9 | 53,6 | 53,6 | 53,3 | 53,3 | 53,5 |
| Al2O3 | 14,1 | 13,8 | 13,8 | 13,6 | 13,4 | 13,0 |
| CaO | 23,9 | 23,6 | 23,5 | 23,0 | 22,8 | 23,0 |
| MgO | 0,4 | 1,8 | 1,7 | 2,9 | 3,7 | 3,8 |
| B2O3 | 6,0 | 5,7 | 5,7 | 5,6 | 5,6 | 5,7 |
| Na2O | 0,7 | 0,5 | 0,5 | 0,7 | 0,1 | 0,1 |
| K2O | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,4 | 0,4 |
| Fe2O3 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,3 | 0,2 | 0,2 |
| kg CO2/tonne verre | 158 | 95 | 0 | 0 | 0 | 0 |
On peut voir dans le tableau 4 qui précède que l’utilisation d’un laitier de haut fourneau selon les exemples 1 à 5 selon l’invention permet de diminuer très fortement les rejets de CO2par tonne de verre synthétisée avec au final la même composition de verre, par rapport à l’exemple de référence 1 utilisant les matières premières actuelles.
En outre, les exemples 2 à 5 présentent des modes avantageux sans aucun rejet de CO2, dans lequel on utilise en combinaison avec le laitier de haut fourneau une source de silice minérale, notamment choisie parmi la wollastonite, l’anorthosite ou encore la pyrophyllite.
Exemples 6 et 7
Selon une seconde série d’exemples on synthétise une composition typique de la synthèse de verre E répondant à la formulation avec une plus faible proportion de bore telle que donnée dans le tableau 5 ci-dessous, selon les techniques actuelles. Le mélange de matières premières est porté sous air en 1 h jusqu’à 1400°C puis jusqu’à fusion du verre à 1500°C avec un palier d’une heure à la température maximale.
| Eléments | Pourcentage poids% |
| SiO2 | 57 |
| CaO | 23 |
| MgO | <5 |
| Al2O3 | 13,5 |
| B2O3 | 2 |
| Na2O | <1 |
| K2O | <0,3 |
| Na2O+ K2O | <1 |
| Fe2O3 | <0,5 |
Le tableau 6 ci-dessous donne les proportions des différentes matières premières (en pourcentage poids) et la composition finale du verre ainsi obtenu, ainsi que la valeur attendue du dégagement de CO2pour chaque composition :
| Kg/tonne verre | Réf 2 | Ex.6 | Ex.7 |
| silice | 412 | 330 | 239 |
| colemanite | 0 | 20 | 17 |
| pentaborax | 47 | 31 | 34 |
| Laitier | 0 | 363 | 326 |
| Dolomie | 125 | 0 | 0 |
| Wollastonite | 0 | 0 | 191 |
| kaolin | 353 | 246 | 258 |
| anorthosite | 0 | 0 | 0 |
| calcaire | 341 | 122 | 0 |
| Pyrophylite | 0 | 0 | 0 |
| %poids | Réf 2 | Ex.6 | Ex.7 |
| SiO2 | 57,0 | 57,0 | 57,0 |
| Al2O3 | 13,6 | 13,6 | 13,6 |
| CaO | 22,8 | 22,8 | 22,8 |
| MgO | 3,0 | 3,0 | 2,8 |
| B2O3 | 2,0 | 2,1 | 2,1 |
| Na2O | 0,8 | 0,6 | 0,7 |
| K2O | 0,1 | 0,2 | 0,2 |
| Fe2O3 | 0,2 | 0,2 | 0,3 |
| kg CO2/tonne verre | 206 | 53 | 0 |
On peut voir dans le tableau 6 qui précède que l’utilisation d’un laitier de haut fourneau selon les exemples 6 et 7 selon l’invention permet de diminuer très fortement les rejets de CO2par tonne de verre synthétisée avec au final la même composition de verre, par rapport à l’exemple de référence 2 utilisant les matières premières actuelles.
En outre, l’exemple 7 présente un mode particulièrement avantageux sans aucun rejet de CO2, dans lequel on utilise en combinaison avec le laitier de haut fourneau, une source de silice minérale wollastonite.
Exemple 8
Selon cet exemple on synthétise une composition typique de la synthèse de verre E sans bore et répondant à la formulation telle que donnée dans le tableau 7 ci-dessous, selon les techniques actuelles. Le mélange de matières premières est porté sous air en 1 h jusqu’à 1400°C puis jusqu’à fusion du verre à 1500°C avec un palier d’une heure à la température maximale.
| Eléments | Pourcentage poids% |
| SiO2 | 60 |
| CaO | 22 |
| MgO | <5 |
| Al2O3 | 14 |
| B2O3 | 0 |
| Na2O | <1 |
| K2O | <0,3 |
| Na2O+ K2O | <1 |
| Fe2O3 | <0,5 |
Le tableau 8 ci-dessous donne les proportions des différentes matières premières (en pourcentage poids) et la composition finale du verre ainsi obtenu, ainsi que la valeur attendue du dégagement de CO2pour chaque composition :
| Kg/tonne verre | Réf 3 | Ex.8 |
| silice | 449 | 0 |
| colemanite | 0 | 0 |
| pentaborax | 0 | 0 |
| Laitier | 0 | 505 |
| Dolomie | 146 | 0 |
| Wollastonite | 0 | 0 |
| kaolin | 0 | 0 |
| anorthosite | 0 | 0 |
| calcaire | 319 | 0 |
| Pyrophylite | 0 | 522 |
| %poids | Réf 3 | Ex.8 |
| SiO2 | 60,2 | 59,2 |
| Al2O3 | 13,3 | 14,6 |
| CaO | 22,3 | 21,3 |
| MgO | 3,3 | 4,0 |
| B2O3 | 0,0 | 0,0 |
| Na2O | 0,0 | 0,1 |
| K2O | 0,1 | 0,4 |
| Fe2O3 | 0,2 | 0,2 |
| kg CO2/tonne verre | 207 | 0 |
On peut voir dans le tableau 8 qui précède que l’utilisation d’un laitier de haut fourneau selon l’exemple 8 selon l’invention permet de diminuer très fortement les rejets de CO2par tonne de verre synthétisée avec au final la même composition de verre, par rapport à l’exemple de référence 2.
En outre, l’exemple 8 présente un mode particulièrement avantageux sans aucun rejet de CO2, dans lequel on utilise en combinaison avec le laitier de haut fourneau, une source de silice minérale du type pyrophyllite.
Exemple 9
Selon cet exemple on synthétise une composition typique de la synthèse de verre E sans bore et fortement concentré en MgO et tel que décrit dans la demande WO2004110944. La composition cible répond à la formulation telle que donnée dans le tableau 9 ci-dessous, selon les techniques actuelles. Le mélange de matières premières est porté sous air en 1 h jusqu’à 1400°C puis jusqu’à fusion du verre à 1500°C avec un palier d’une heure à la température maximale.
| Eléments | Pourcentage poids% |
| SiO2 | 60 |
| CaO | 16 |
| MgO | 7 |
| Al2O3 | 16 |
| B2O3 | 0 |
| Na2O | <1 |
| K2O | <0,3 |
| Na2O+ K2O | <1 |
| Fe2O3 | <0,5 |
Le tableau 10 ci-dessous donne les proportions des différentes matières premières (en pourcentage poids) et la composition finale du verre ainsi obtenu, ainsi que la valeur attendue du dégagement de CO2pour chaque composition :
| Kg/tonne verre | Réf 3 | Ex.9 |
| silice | 426 | 381 |
| colemanite | 0 | 0 |
| pentaborax | 0 | 0 |
| Laitier | 0 | 196 |
| Dolomie | 317 | 247 |
| Wollastonite | 0 | 0 |
| kaolin | 403 | 346 |
| anorthosite | 0 | 0 |
| calcaire | 110 | 0 |
| Pyrophylite | 0 | |
| %wt | Réf 3 | Ex.8 |
| SiO2 | 60 | 60 |
| Al2O3 | 16 | 16 |
| CaO | 16 | 16 |
| MgO | 7 | 7 |
| B2O3 | 0,0 | 0,0 |
| Na2O | 0,0 | 0,1 |
| K2O | 0,1 | 0,2 |
| Fe2O3 | 0,3 | 0,3 |
| kg CO2/tonne verre | 198 | 118 |
On peut voir dans le tableau 10 qui précède que l’utilisation d’un laitier de haut fourneau selon l’exemple 10 selon l’invention permet de diminuer les rejets de CO2par tonne de verre synthétisée avec au final la même composition de verre, par rapport à l’exemple de référence 3 utilisant les matières premières actuelles.
Claims (20)
- Procédé de fabrication de fibres de verre E présentant une composition cible, comprenant la fusion d’un mélange de matières premières constituant un bain de fusion, ladite composition cible répondant aux critères suivants, en pourcentages poids :
SiO2: entre 45 et 60%, de préférence entre 52 et 58%,
CaO: entre 15 et 30%, de préférence entre 18 et 24%,
Al2O3: entre 10 et 20%, de préférence entre 12 et 15%,
B2O3: entre 0 et 10%, de préférence entre 1 et 8%,
MgO : moins de 4%, de préférence moins de 3%,
K2O + Na2O: moins de 2%, de préférence entre 0 et 1%,
Oxyde de fer : moins de 0,5%,
autre (s) oxyde (s) : entre 0 et 3 % en cumulé, de préférence entre 0 et 1% en cumulé,
le reste étant constitué d’impuretés inévitables,
ledit procédé étant caractérisé en ce que ledit mélange du bain de fusion comprend au moins 10% poids, de préférence d’au moins 15% poids ou même d’au moins 20% poids, d’un laitier de haut fourneau répondant à la composition suivante :
SiO2entre 28 et 42%, de préférence entre 30 et 40%
Al2O3entre 4 et 18%, de préférence entre 7 et 15%
Na2O moins de 1%, de préférence moins de 0,6%
K2O moins de 1%, de préférence moins de 0,6%
CaO entre 35 et 49%, de préférence entre 38 et 46%,
MgO entre 1 et 10%, de préférence entre 1 et 6%,
Fe2O3moins de 0,8%, de préférence moins de 0,5%
TiO2moins de 5%, de préférence moins de 3%, par exemple entre 0,3 et 1,0%
MnO moins de 0,6%, de préférence entre 0 et 0,3%. - Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend une source de silicium notamment choisie parmi la silice, un silicate, le calcin de verre E ou des fibres minérales recyclées ou leur mélange.
- Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend une source de bore de préférence choisie parmi le borate de sodium pentahydraté ou un oxyde de bore et de calcium, en particulier la colémanite, ou un oxyde de bore, de sodium et de calcium, en particulier l’ulexite et/ou la tincalconite et/ou la kernite.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend un oxyde mixte de bore et de calcium, comprenant, en pourcentage poids, au moins 30 % de B2O3et au moins 20% poids de CaO, B2O3et CaO représentant ensemble plus de 60% et de préférence plus de 70% dudit oxyde mixte de bore et de calcium.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend en outre au moins un oxyde mixte de silicium avec au moins un élément choisi dans le groupe constitué par Ca et Al.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend au moins un oxyde mixte choisi dans le groupe constitué par un silicate de calcium, un silicate d’aluminium, un silicate d’aluminium et de calcium.
- Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend au moins 10% poids, de préférence au moins 20% poids, en cumulé, du ou desdits oxydes mixtes.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend un silicate de calcium minéral comprenant, en pourcentage poids, au moins 30% de SiO2et au moins 30% poids de CaO, SiO2et CaO représentant ensemble plus de 70% et de préférence plus de 80% dudit silicate de calcium.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend un composé minéral répondant à la composition suivante, en pourcentages poids :
- SiO2: entre 30 et 55%, de préférence entre 35 et 52%,
- CaO : entre 35 et 50%, de préférence entre 40 et 50%,
- CaO et SiO2représentant ensemble plus de 70%, de préférence encore plus de 80%,
- Fe2O3: entre 0 et 4%, par exemple entre 0,1 et 0,5%
- Al2O3: entre 0 et 5%, par exemple entre 0,5 et 2%
- moins de 5% d’autres oxydes, de préférence moins de 3% d’autres oxydes.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend un silicate de calcium et d’aluminium comprenant, en pourcentage poids, plus de 30% de SiO2, plus de 5% poids de CaO et plus de 20% d’aluminium, SiO2, CaO et Al2O3représentant ensemble plus de 70% et de préférence plus de 75% poids dudit silicate de calcium et d’aluminium.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend un silicate de calcium et d’aluminium répondant à la composition suivante, en pourcentages poids :
- SiO2: entre 40 et 60%, de préférence entre 45 et 55%,
- CaO : entre 10 et 30%, de préférence entre 12 et 20%,
- Al2O3: entre 25 et 35%,
- SiO2, CaO et Al2O3représentant ensemble plus de 85%, de préférence encore plus de 90%, voire plus de 95%
- moins de 5% d’autres oxydes, de préférence moins de 3% d’autres oxydes.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend un silicate d’aluminium comprenant, en pourcentage poids, plus de 50% de SiO2, et plus de 10% d’aluminium, SiO2et Al2O3représentant ensemble plus de 70% et de préférence plus de 80% ou même plus de 90% poids dudit silicate d’aluminium.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend un silicate de calcium et d’aluminium répondant à la composition suivante, en pourcentages poids :
- SiO2: entre 65 et 85%, de préférence entre 70 et 80%,
- Al2O3: entre 15 et 25%,
- SiO2, et Al2O3représentant ensemble plus de 85%, de préférence encore plus de 90%, voire plus de 95%
- moins de 5% d’autres oxydes, de préférence moins de 3% d’autres oxydes.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend en outre une source complémentaire d’aluminium tel que le kaolin, de l’alumine éventuellement hydratée ou la pyrophyllite.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange du bain de fusion comprend en outre une source carbonatée complémentaire de calcium, en particulier choisie parmi le calcaire ou la dolomie, en une quantité inférieure à 15% poids, de préférence inférieure à 5%.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on introduit en outre dans le bain de fusion du calcin de verre E ou des fibres minérales recyclés, en particulier de la laine de verre recyclée ou de la laine de roche recyclée.
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le calcin de verre E recyclé ou de fibres minérales recyclées représente entre 10 et 50% du poids total du bain de fusion.
- Procédé selon l’une des revendications 16 ou 17, dans lequel les fibres minérales recyclées présentent la composition suivante :
SiO2: entre 30 et 50%, de préférence entre 35 et 45%
Na2O: entre 0 et 10%, de préférence entre 0,4 et 7%
CaO: entre 10 et 35%, de préférence entre 12 et 25%
MgO : entre 1 et 15%, de préférence entre 5 et 13%
CaO+MgO : entre 11 et 40% en cumulé,
Al2O3: entre 10 et 27%,
K2O : entre 0 et 2%, de préférence entre 0 et 1%
Oxyde de fer : entre 0,1 et 3%,
autre (s) oxyde (s) : entre 0 et 5 % en cumulé, de préférence moins de 3%,
le reste étant constitué d’impuretés inévitables. - Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes :
- on sélectionne les matières premières dudit bain de fusion dont au moins 10% poids dudit laitier de haut fourneau,
- sur la base de la composition dudit laitier de haut fourneau, on détermine les quantités nécessaires en les autres matières premières pour obtenir un verre de ladite composition cible, lesdites autres matières premières étant de préférence telles que décrites dans l’une des revendications précédentes,
- on effectue le mélange desdites matières premières selon lesdites quantités,
- on effectue la fusion, le fibrage dudit mélange et son refroidissement dans les conditions permettant l’obtention desdites fibres de verre.
- Mélange de matières premières tel que décrit dans l’une des revendications précédentes.
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|---|---|---|---|---|
| EP1230184B1 (fr) | 1999-11-04 | 2003-06-04 | Saint Gobain Vetrotex France S.A. | Fils de verre de renforcement, composite de ceux-ci, procede de leur fabrication et composition de verre |
| WO2004110944A1 (fr) | 2003-06-11 | 2004-12-23 | Saint-Gobain Vetrotex France S.A. | Fils de verre aptes a renforcer des matieres organiques et/ou inorganiques, composites les renfermant et composition utilisee |
| CN101696088A (zh) * | 2008-12-30 | 2010-04-21 | 泰山玻璃纤维有限公司 | 一种利用高炉炉渣制造e玻璃纤维的方法 |
| CN104150779B (zh) * | 2014-08-27 | 2017-02-15 | 济南大学 | 以固体废弃物为原料的无硼低介电常数的玻璃纤维及其制备方法 |
-
2021
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1230184B1 (fr) | 1999-11-04 | 2003-06-04 | Saint Gobain Vetrotex France S.A. | Fils de verre de renforcement, composite de ceux-ci, procede de leur fabrication et composition de verre |
| WO2004110944A1 (fr) | 2003-06-11 | 2004-12-23 | Saint-Gobain Vetrotex France S.A. | Fils de verre aptes a renforcer des matieres organiques et/ou inorganiques, composites les renfermant et composition utilisee |
| CN101696088A (zh) * | 2008-12-30 | 2010-04-21 | 泰山玻璃纤维有限公司 | 一种利用高炉炉渣制造e玻璃纤维的方法 |
| CN104150779B (zh) * | 2014-08-27 | 2017-02-15 | 济南大学 | 以固体废弃物为原料的无硼低介电常数的玻璃纤维及其制备方法 |
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