WO2004068906A1 - Procede et installation pour le chauffage de granules par un rayonnement micro-ondes - Google Patents

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WO2004068906A1
WO2004068906A1 PCT/FR2004/000132 FR2004000132W WO2004068906A1 WO 2004068906 A1 WO2004068906 A1 WO 2004068906A1 FR 2004000132 W FR2004000132 W FR 2004000132W WO 2004068906 A1 WO2004068906 A1 WO 2004068906A1
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WO
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granules
enclosure
drying
ovens
microwave
Prior art date
Application number
PCT/FR2004/000132
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English (en)
Inventor
Frédéric Vandenbussche
Pierre MAESTRACCI
Fabrice Giroudiere
Original Assignee
Entema
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Publication date
Application filed by Entema filed Critical Entema
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/04—Heat treatment
    • C04B20/06—Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a method and an installation for the manufacture of granules having an excellent compromise between cost - lightness - mechanical resistance.
  • the invention applies more particularly to the production of expanded clay granules.
  • the present invention relates in particular to a method and an installation optimized by the combination of specific steps comprising the expansion of the granules in microwave ovens.
  • the present invention relates to a method of manufacturing granules, which comprises in combination the following steps: a) shaping by granulation of a pasty material, b) heating the aggregates formed during step a) by a microwave radiation up to a temperature between 400 and 2000 ° C, c) cooling of the granules from step b), d) recovery of said granules, in which step a) is carried out continuously, and l 'step b) of heating is carried out in at least two microwave ovens arranged in parallel, each of said ovens being successively supplied with aggregates from step a) discontinuously.
  • the initial material can be an expandable material under the effect of said microwave radiation and the temperature reached in step b) can be at least that allowing the expansion of the material.
  • the method may include a drying step before and / or after step a) of shaping.
  • the drying step can be carried out by using and recovering the heat energy produced by said cooling of the aggregates during step c).
  • Recovery can be carried out by means of a carrier gas heated during step c) and conveyed to the drying step by means of ventilation.
  • the process can also comprise, before heating step c), a step of introducing at least one additive having at least one of the following functions:
  • the invention also relates to an installation allowing the implementation of a method according to the invention, comprising a device for shaping the material in the form of granules, a device for loading the granules into at least one microwave and a device for cooling the granules from said oven, the oven comprising means for mixing the aggregates, means for unloading the mixing means, an envelope in which these means are located, the envelope being sealed against micro- waves and comprising means for capturing microwaves on each of the openings of said envelope.
  • the installation can comprise at least two ovens arranged in parallel and the loading device can comprise means for distributing aggregates in the ovens.
  • the installation may further comprise drying means placed in said installation downstream of the loading device and means for recovering the energy from the cooling device to provide at least part of the energy necessary for the drying means.
  • the installation may include additional heating means cooperating with said recovery means.
  • the cooling device can comprise an enclosure in which are arranged at least:
  • the installation may further comprise means for introducing heat transfer fluid disposed in the enclosure at the level of the narrowing neck.
  • the drying means can comprise an envelope in which are arranged at least:
  • the invention has, compared to the methods and installations of the prior art and in particular to the methods including the implementation of rotary beams, many advantages:
  • FIGS. 1A and lE represent a diagram of the installation allowing the implementation of the method according to the invention
  • FIGS. 1C and 1D show diagrams of embodiments respectively of the drying and cooling devices which are particularly suitable for the invention
  • FIG. 2 illustrates an embodiment of microwave oven particularly suited to the implementation of the invention.
  • FIG. 1A describes the first phases of an example of implementation of the present method.
  • Reference 1 relates to a hopper for receiving the basic materials.
  • motorized lump-removing means 2 which regulate and control the flow of material transported by the conveyor 3 to the mixing plant 4.
  • the mixing carried out by several mixing means makes it possible to homogenize the material and to prepare the material for the production of pellets which takes place in the mixer-granulator 5.
  • This device has an inlet 6 for additive products stored in a silo 7 and brought in by metering means 8, for example an Archimedes screw .
  • the material formed into pellets is sent to a drying installation 9, optionally itself comprising means for forming into balls, pellets, granules, etc. (not shown in FIG. 1).
  • the drying energy is provided for all or part by a hot gas mainly coming from. downstream of the process through a pipe 10.
  • the dried granules fall into a hopper 11 forming a buffer storage before pneumatic (or other) transport 12, to the later stages of the manufacturing process.
  • the basic materials used in the process can be:
  • the material at the inlet of the hopper 1 must have a quality and a water content suitable for its further processing.
  • the solid additives that can be used and stored in silo 7 can be additives specific to the nature of the base materials to achieve and optimize the following functions:
  • Liquid additives can also be used and incorporated into the base material, for example in the mixer 4 and / or in the granulator 5.
  • the material capable of being treated in accordance with the present invention can, for example, be a clay mud coming from an aggregate quarry, the initial density of which is of the order of 1.8 g / l and the water content d '' About 20% by mass, the clay present being predominantly, that is to say at least 50% by mass, preferably at least 10% by mass in the form of aolinite, Illite or Chlorite.
  • composition of the clay in its various constituents can typically come in the following proportions, by mass:
  • FIG. 1B describes the final phases of an example of implementation of the present method.
  • the hopper 14 receives the dried granules by the pneumatic conveying line 13. It feeds a weighing hopper 15 equipped with a control valve 16.
  • the granules are distributed to the various microwave ovens 18a, 18b, 18c, 18d by means ⁇ e ⁇ israoution 1 / comprising conduits 19a, 19b, 19c, 19d supplying the ovens.
  • the granules, subjected to suitable microwave radiation, for a determined period, are expanded and are directed to a cooling device 20 by air injection, preferably against the current.
  • the device 20 makes it possible to recover at the outlet of the installation a substantially continuous flow of expanded granules.
  • An exemplary embodiment of such a device 20 is described below, in relation to FIG.
  • the flow capacity is obtained by the succession of heating stages in the ovens arranged in parallel. In the nonlimiting example illustrated by FIG. 1, it is described to have four ovens in parallel.
  • the present method can be implemented by at least two ovens but the number of ovens arranged in parallel according to the invention is not limited and can be determined inter alia according to the nominal capacity of an oven relative to the overall capacity sought of the installation.
  • the total flow of the installation can for example vary between 100 kg / h and 10 tonnes / h.
  • the device 20 has a function of recovering the heat energy produced by the microwave ovens 18a, b, c, d, by means of a fan 21 which sends the hot gases to the drying installation 9 via a pipe 22.
  • a fan 21 which sends the hot gases to the drying installation 9 via a pipe 22.
  • An exemplary embodiment of an installation 9 adapted for the reception of said gases is described in the following of this description, in relation to FIG. Ld.
  • the flow of hot gases is controlled by the control of the fan 21 and the valve means 23, also comprising auxiliary heating means 24, for example electric, making it possible to regulate the drying temperature.
  • the expanded beads are transported to storage means by a conveyor 25.
  • the expanded granules generally have a density of between 0.1 and
  • the present process also makes it possible to have aggregates of size or of calibrated diameter, for example between 0.1 and 1 mm, between 1 and 20 mm, or between 20 and 50 mm.
  • FIG. 1C illustrates a nonlimiting example of an embodiment of a cooling installation 20 particularly suited to the implementation of the method.
  • the expanded granules are introduced alternately by unloading from microwave ovens and by a pipe 101 into the device 20.
  • the device 20 comprises an enclosure 100 delimiting at the outlet of the pipe 101 a so-called buffer zone 102 which advantageously makes it possible to dampen the installation flow variations.
  • the dimensions of this zone 20 are for example calculated in such a way that the level of granules, in operation, fluctuates between a lower limit and an upper limit comprised in said zone 102.
  • Zone 102 is delimited in its lower part by a neck of narrowing 103 which leads to a cavity 104 completely filled with granules and in which said granules are cooled by a heat transfer fluid, for example air.
  • heat transfer fluid it is understood within the meaning of the present description any fluid known to exchange heat (by heating or cooling) with the medium in which it is introduced.
  • a first means for introducing fluid 106 is disposed near the lower end of the enclosure 100 in a space 111 for introducing and distributing the fluid, delimited for example and as shown in figure le by a conical grid 107.
  • a second means • for introducing fluid is disposed at the level of the neck 103, in the free space of granules 108 under the neck 103.
  • the granules periodically discharged from the microwave ovens are discharged into the cavity 102 in a discontinuous manner, and form after crossing the. neck 103 a moving bed descending of granules in the cavity 104.
  • This bed is traversed by the heat transfer fluid introduced by the means 106 and the granules are thus cooled to the set temperature.
  • This temperature could, for example, be adjusted by the quantity and the temperature of the injected fluid or by controlling the speed of progression of said bed, which itself, for example, is controlled by means of drawing off 110 of the cooled granules placed at the bottom of the installation.
  • the hot fluid is evacuated from the enclosure by an outlet pipe 109.
  • a variable part of the heat transfer fluid for example between 10 and 30 mol%, can be introduced by means 105. This distribution has certain advantages:
  • FIG. 1D illustrates a nonlimiting example of an embodiment of a drying installation particularly suited to the implementation of the method.
  • the pellets enter the drying installation 9 through a pipe 201 delimited by a cylindrical envelope 202, and are distributed inside said enclosure in a homogeneous manner by any internal adapted to this function, for example by a distribution plate 203.
  • the envelope 202 comprises an internal chimney 204 whose internal cavity allows evacuation of the drying fluid.
  • the chimney 204 is pierced in its lower part with orifices 208 allowing the circulation of the fluid in the installation.
  • Said fluid for example hot air from device 20, enters installation 9 by introduction means 205.
  • introduction means are arranged in such a way that at the end of said introduction, the distribution of said fluid is circularly uniform around the cylindrical cavity delimited by the envelope 202. It is possible for this purpose to consider increasing the points of introduction of the fluid around the cylindrical envelope 202, or more advantageously and as described in FIG. 1d, using interns delimiting, on the periphery of the envelope, an internal crown 206 for distributing the fluid. These interns have openings 207, arranged substantially at the orifices 208. These orifices can be constituted by holes, grooves, grids etc. For example, Johnson grid interns can be used.
  • the pellets introduced by the means 201 are distributed homogeneously by the means 203 in the space delimited on the one hand by the cylindrical envelope 202 in the upper part of the installation or by the internal crown 206 in the lower part of the installation and on the other hand by the chimney 204. Said pellets thus form a descending moving bed 211 whose speed of progression is for example controlled by a withdrawal means 209 disposed at the bottom of the 'installation.
  • the fluid introduced by the means 205 is distributed homogeneously in the internal crown 206.
  • the fluid via the openings 207 and 208, then crosses the bed mobile of pellets 211 distributed at this location in a thin layer, dries them and is finally evacuated by the chimney 204 and the opening 210.
  • the at least partially dried pellets finally leave the installation 9 under the action of racking means 209.
  • the installation includes only fixed internals, and therefore poses no mechanical problem of fouling or sticking, unlike conventional drying systems comprising rolling belt systems,
  • FIG. 2 schematically describes a microwave oven for heating solids in the form of beads at high temperature, that is to say between 400 ° C. and 2000 ° C., in particular between 800 and 1300 ° C.
  • the characteristics of this oven advantageously make it possible to combine the following functions:
  • the oven comprises an enclosure made up of an external casing 30 and an internal cavity 31.
  • the casing 30 generally metallic (preferably made of stainless steel), is hermetically closed, apart from the material inlet orifices original and output the final product and the arrival of a waveguide 33.
  • a chimney 50 can also pass through the casing 30 for venting gases generated by heating 'of the material.
  • The. microwave field has a frequency between 300 and 6000 MHz.
  • the waveguide system 33 brings the microwaves generated by a magnetron to the orifice 32.
  • the dimensions of the enclosure are between 500 mm and 2500 mm for its width (for example of cylindrical section), and 500 mm to 2500 mm for its height.
  • the enclosure can be thermally insulated by a refractory lining, 34, consisting for example of silico-aluminous bricks which can line the interior of the envelope 30.
  • the material is introduced in the form of granules, or sludge, through line 35, of diameter between 10 mm and 130 mm and of a width chosen as a function of said diameter, the dimensions being chosen as a function of the length of the microwave radiation. so as to avoid leaks outside the enclosure, according to a technique well known to those skilled in the art.
  • the material falls into the drum 36 consisting of a ferrule 37, for example made of concrete, and a plate 38, also made of concrete with a metal support 39.
  • This plate 38 can receive air or gas circulation orifices, passing through its support axis 40 with a diameter between 10 and 100 mm. The tree is thus cooled and the gas injected can promote oxidation reactions, for example from carbon monoxide to carbon dioxide.
  • the ferrule has a diameter between 500 mm and 2450 mm. The thicknesses of the plate and the ferrule are between 5 and 200 mm.
  • the linear speed at the periphery of the shell can be between 5 and 100 cm / s.
  • a seal 42 makes it possible to avoid microwave leaks around the rotary shaft.
  • Heating then begins with the activation of the microwave generator.
  • a jack 43 triggers the descent of the entire drum 36 along the axis of rotation, the rotation of the cavity then being stopped.
  • This duct is, like the intake duct 35 for the products, consisting of one or more cylinders with a diameter of between 10 and 130 mm making it possible to avoid microwave leaks. It is the same for the opening of the chimney 50.
  • the whole of the enclosure is fixed on a support 46 allowing an inclination of the axis of rotation of the drum contained in the enclosure between 20 ° and 60 ° with the vertical.
  • the drum can include other means for discharging the finished product, for example a spiral arranged on the internal wall of the shell, the reversal of the direction of rotation making it possible to pass from a brewing mode to an unloading mode.
  • the tray may include orifices with controlled opening.
  • This type of oven is particularly suitable for the temperature setting of granular or non-clay-based products, argillaceous mud for washing quarry aggregates, industrial waste sludge, and in general any solid product (granules or in the form so-called "fine” or muddy particles, interested in a high transformation temperature for example for expansion, inerting, vitrification, calcination.
  • the materials treated can be of mineral or organic origin.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication de granules, qui comporte en combinaison les étapes suivantes: a) mise en forme par granulation d'un matériau pâteux, b) chauffage des granulats formés au cours de l'étape a) par un rayonnement micro-ondes jusqu'à une température comprise entre 400 et 2000°C, c) refroidissement des granules issus de l'étape b), d) récupération desdits granules, dans lequel l'étape a) est effectuée en continu, et l'étape b) de chauffage est effectuée dans au moins deux fours micro-ondes disposés en parallèle, chacun desdits fours étant successivement alimenté en granulats issus de l'étape a) de manière discontinue. L'invention concerne également une installation de mise en oeuvre du procédé.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION POUR LE CHAUFFAGE DE GRANULES PAR UN RAYONNEMENT MICRO-ONDES
La présente invention concerne un procédé et une installation pour la fabrication de granules présentant un excellent compromis coût - légèreté - résistance mécanique.
Les utilisations de ces produits, notamment à base d'argile, sont multiples dans le domaine de la construction.
Bien qu'elle n'y soit pas limitée, l'invention s'applique plus particulièrement à la production de granules d'argiles expansés.
La présente invention concerne en particulier un procédé et une installation optimisés par la combinaison d'étapes spécifiques comprenant l'expansion des granules dans des fours à micro-ondes.
Actuellement la fabrication de granules expansés, le plus souvent sous forme de billes, est mise en œuvre dans des lignes de production comprenant des fours radiatifs rotatifs. L'utilisation de tels fours pose cependant de nombreux problèmes par exemple décrits dans le document WO 01/34533 antérieurement déposé par le demandeur. La demande WO 01/34533 décrit le principe d'un procédé de fabrication de granules d'argile expansés. Ce document ne décrit pas les étapes spécifiques, ni les moyens optimisés, comme selon la présente invention.
On connaît aussi le document WO 02/79113 qui décrit un appareil pour le traitement thermique de matériau expansible comprenant des fours thermiques pour atteindre l'expansion presque maximale, suivis d'une dernière étape de chauffe par des micro-ondes. La présente invention n'utilise pas de fours thermiques pour obtenir une expansion du matériau.
On connaît le document US-2002/0073898 qui décrit le principe de fabrication de granulés à partir de matériaux spécifiques. Il n'est pas décrit les étapes et les moyens de la présente invention.
Ainsi, la présente invention concerne un procédé de fabrication de granules, qui comporte en combinaison les étapes suivantes: a) mise en forme par granulation d'un matériau pâteux, b) chauffage des granulats formés au cours de l'étape a) par un rayonnement micro-ondes jusqu'à une température comprise entre 400 et 2000°C, c) refroidissement des granules issus de l'étape b), d) récupération desdits granules, dans lequel l'étape a) est effectuée en continu, et l'étape b) de chauffage est effectuée dans au moins deux fours micro-ondes disposés en parallèle,, chacun desdits fours étant successivement alimenté en granulats issus de l'étape a) de manière discontinue. Le matériau initial peut être un matériau expansible sous l'effet dudit rayonnement micro-ondes et la température atteinte dans l'étape b) peut être au moins celle permettant d'obtenir l'expansion du matériau.
Le procédé peut comprendre une étape de séchage avant et/ou après l'étape a) de mise en forme.
L'étape de séchage peut être effectuée en utilisant et en récupérant l'énergie calorifique produite par ledit refroidissement des granulats lors de l'étape c).
La récupération peut être effectuée au moyen d'un gaz vecteur chauffé au cours de l'étape c) et véhiculé vers l'étape de séchage par un moyen de ventilation. Le procédé peut comprendre en outre, avant l'étape c) de chauffage, une étape d'introduction d'au moins un additif ayant au moins l'une des fonctions suivantes :
- amélioration du formage et/ou du séchage des billes, (
- coloration,
- anti collage des billes, - obtention d'une expansion maximale sous l'effet de micro-ondes,
- amélioration des propriétés mécaniques de la bille expansée: résistance à la rupture, à l'abrasion,
- accélérateur de chauffe des micro-ondes,
- réglage de la densité, - contrôle de la perméabilité.
L'invention concerne aussi une installation permettant la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention, comprenant un dispositif de mise en forme du matériau sous forme de granulés, un dispositif de chargement des granulés dans au moins un four à micro-ondes et un dispositif de refroidissement des granules issus dudit four, le four comportant des moyens de brassage des granulats, des moyens de déchargement des moyens de brassage, une enveloppe dans laquelle se trouvent ces moyens, l'enveloppe étant étanche aux micro-ondes et comportant des moyens de capture des micro-ondes sur chacune des ouvertures de ladite enveloppe.
L'installation peut comprendre au moins deux fours disposés en parallèle et le dispositif de chargement peut comporter des moyens de distribution des granulats dans les fours.
L'installation peut comprendre en outre des moyens de séchage placés dans ladite installation en aval du dispositif de chargement et des moyens de récupération de l'énergie du dispositif de refroidissement pour apporter au moins en partie l'énergie nécessaire aux moyens de séchage.
L'installation peut comprendre des moyens de chauffage complémentaires coopérant avec lesdits moyens de récupération. Le dispositif de refroidissement peut comprendre une enceinte dans laquelle sont disposés au moins :
-des moyens d'introduction en granules dans une zone tampon, - une cavité en communication avec ladite zone tampon dans l'enceinte par un goulot d'étranglement, -des moyens de soutirage des granules refroidis en communication avec ladite cavité et disposés à proximité de l'extrémité inférieure de ladite enceinte,
-des moyens d'introduction en un fluide caloporteur disposés à proximité de l'extrémité inférieure de ladite enceinte et des moyens de sortie 'hors de l'enceinte du fluide caloporteur chaud ayant traversé la cavité, les moyens de sortie étant disposés dans l'enceinte au niveau du goulot de rétrécissement.
L'installation peut comprendre en outre des moyens d'introduction en fluide caloporteur disposés dans l'enceinte au niveau du goulot de rétrécissement. Les moyens de séchage peuvent comprendre une enveloppe dans laquelle sont disposés au moins :
- des moyens d'introduction et de soutirage des granulés,
- des moyens d'introduction et de répartition d'un fluide de séchage en périphérie de ladite enceinte, - une cheminée centrale d'évacuation dudit fluide de séchage,
- des moyens de répartition et de circulation des granulés au sein d'un lit mobile dans l'espace compris entre lesdits moyens de répartition et ladite cheminée centrale,
- des ouvertures pratiquées dans les moyens de répartition et dans la cheminée pour le passage dudit fluide des moyens de répartition à la cheminée centrale et au travers dudit lit mobile de granulés.
L'invention présente, par rapport aux procédés et installations de l'art antérieur et notamment aux procédés incluant la mise en œuvre de foufs tournants, de nombreux avantages :
- une flexibilité accrue de fonctionnement, permettant d'absorber des variations importantes de la production du produit final ou du débit de matériau initial, - la légèreté des infrastructures requises pour mettre en œuvre l'invention, autorisant l'installation selon l'invention ou fonctionnant selon le présent procédé directement sur le site de production du matériau initial, par exemple sur une carrière d'exploitation,
- la flexibilité et la modularité de fonctionnement de telles installations, qui peuvent notamment être arrêtées puis redémarrées sans dépense substantielle d'énergie ou sans inertie thermique, du fait combiné de leur compacité et de l'utilisation de micro-ondes,
- l'absence de risque d'encrassement et de grippage des différentes parties mécaniques en rotation, ni de collage du matériau chaud aux parois du four, ce qui conduit à allonger le temps d'utilisation de telles installations et en simplifie le fonctionnement, - une diminution importante du coût énergétique de fonctionnement de l'installation, l'énergie étant directement transmise au matériau à traiter sans vecteur de chaleur intermédiaire,
- une forte réduction des polluants émis par le procédé du fait de l'absence de fumées issues d'un combustible de chauffage, - un contrôle plus rigoureux des étapes de transformation du matériau, permettant d'obtenir un produit final à haute valeur ajoutée répondant à des spécifications très précises, généralement impossibles à obtenir par un procédé classique dans un four tournant,
- la possibilité de fabriquer en petite quantité lesdits produits à haute valeur ajoutée, et cela sur une durée très courte. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description des exemples de réalisation, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-après annexées, parmi lesquelles:
- les figures 1 A et lE représentent un schéma de l'installation permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention,
- les figures 1C et 1D schématisent des exemples de réalisation respectivement des dispositifs de séchage et de refroidissement particulièrement adaptés à l'invention,
- la figure 2 illustre une réalisation de four micro-ondes particulièrement adaptée à la mise en œuvre de l'invention.
La figure 1 A décrit les premières phases d'un exemple de mise en œuvre du présent procédé. La référence 1 concerne une trémie de réception des matériaux de base. A la partie inférieure de la trémie, se trouvent des moyens motorisés émotteurs 2 qui régulent et contrôlent le débit de matière transportée par le convoyeur 3 vers l'installation de malaxage 4. Le malaxage effectué par plusieurs moyens de mélangeage permet d'homogénéiser la matière et de préparer la matière à la fabrication de pastilles qui a lieu dans le malaxeur- granulateur 5. Ce dispositif comporte une entrée 6 de produits additifs stockés dans un silo 7 et amenés par des moyens de dosage 8, par exemple une vis d'Archimède. Le matériau formé en pastilles est envoyé dans une installation de séchage 9, comprenant éventuellement elle même des moyens de formage en billes, pastilles, granulés... (non représentés sur la figure 1). Selon un mode préféré de mise en œuvre, l'énergie de séchage est apportée pour tout ou partie par un gaz chaud provenant principalement. de l'aval du procédé par un conduit 10. Les granules séchés tombent dans une trémie 11 formant un stockage tampon avant transport pneumatique (ou autre) 12, vers les phases ultérieures du procédé de fabrication.
Les matériaux de base utilisés dans le procédé peuvent être:
- des boues argileuses provenant du lavage de granulats de carrière, - des boues résultants de traitements de rejets: eaux industrielles, forage, station d'épuration ou des résidus issus de traitements d'incinération,
- du verre recyclé concassé,
- des terres polluées, des minéraux naturels tels que des kaolins,...
La matière à l'entrée de la trémie 1 doit avoir une qualité et une teneur en eau adaptée à sa transformation ultérieure.
Les additifs solides pouvant être utilisés et stockés dans le silo 7 peuvent être des additifs spécifiques à la nature des matériaux de base pour réaliser et optimiser les fonctions suivantes:
- formage et séchage des billes, - coloration,
- anti collage des billes,
- expansion maximale sous l'effet de micro-ondes,
- propriétés mécaniques de la bille expansée: résistance à la rupture, à l'abrasion, - accélérateur de chauffe des micro-ondes,
- modulation de la densité, de la perméabilité.
Des additifs liquides peuvent aussi être utilisés et incorporés à la matière de base, par exemple dans le malaxeur 4 et/ou dans le granulateur 5. Le matériau susceptible d'être traité conformément à la présente invention peut par exemple être une boue argileuse provenant d'une carrière de granulat, dont la masse volumique initiale est de l'ordre de 1,8 g/1 et la teneur en eau d'environ 20% en masse, l'argile présent l'étant majoritairement, c'est à dire d'au moins 50 % masse, de préférence d'au moins 10 % masse sous forme de aolinite, d' Illite ou de Chlorite.
De manière non limitative, la composition de l'argile en ses différents constituants peut typiquement entrer dans les proportions suivantes, en masse :
- SiO2 50 à 70 % - Al2O3 10 à 20 %
- C 0 à 5 %
- Fe2O3 l à 10 %
- CaO/CaCO3 5 à 40 %
- MgO, K2O,... 5 à 10 % La température qui correspond à une expansion maximale pour de telles compositions est alors comprise entre 1100°C et 1400°C et généralement proche de 1250°C. La masse volumique du produit fini est généralement comprise entre environ 0,1 g/1 et environ 0,9 g/1 et sa résistance à la compression comprise entre environ 6 et environ 15 MPa. La figure 1B décrit les phases ultimes d'un exemple de mise en œuvre du présent procédé. La trémie 14 reçoit les granules séchés par la conduite de transport pneumatique 13. Elle alimente une trémie de pesage 15 équipée d'une vanne de régulation 16. Les granules sont distribués vers les différents fours à micro-ondes 18a, 18b, 18c, 18d par des moyens αe αisraoution 1 / comprenant des conduits 19a, 19b, 19c, 19d d'alimentation des fours. Les granules, soumis à un rayonnement micro-ondes adapté, pendant une durée déterminée, sont expansés et sont dirigés vers un dispositif de refroidissement 20 par injection d'air, de préférence à contre-courant. Le dispositif 20 permet de récupérer en sortie de l'installation un débit sensiblement continu de granulés expansés. Un exemple de réalisation d'un tel dispositif 20 est décrit par la suite, en relation avec la figure le. La capacité de débit est obtenue par la succession d'étapes de chauffe dans les fours disposés en parallèle. Dans l'exemple non limitatif illustré par la figure 1, il est décrit de disposer quatre fours en parallèle. Le présent procédé peut être mis en œuvre par au moins deux fours mais le nombre de fours disposés en parallèle selon l'invention n'est pas limité et pourra être déterminé entre autre en fonction de la capacité nominale d'un four par rapport à la capacité globale recherchée de l'installation. Le débit total de l'installation peut par exemple varier entre 100 kg/h et 10 tonnes/h.
Le dispositif 20 a une fonction de récupération de l'énergie calorifique produite par les fours micro-ondes 18a, b, c, d, grâce à un ventilateur 21 qui envoie les gaz chauds vers l'installation de séchage 9 par une conduite 22. Un exemple de réalisation d'une installation 9 adaptée pour la réception desdits gaz est décrit dans la suite de la présente description, en relation avec la figure ld. Le débit des gaz chauds est contrôlé par la commande du ventilateur 21 et des moyens de vannage 23, comprenant aussi des moyens auxiliaires de chauffage 24, par exemple électrique, permettant de réguler la température de séchage. Après refroidissement, les billes expansées sont transportées vers des moyens de stockage par un convoyeur 25. Les granulés expansés ont généralement une masse volumique comprise entre 0,1 et
0,9 tonne/m3 et une taille ou un diamètre compris entre 0,1 et 50 mm. En fonction de l'application désirée, le présent procédé permet en outre de disposer de granulats de taille ou de diamètre calibré, par exemple compris entre 0,1 et 1 mm, entre 1 et 20 mm, ou entre 20 à 50 mm.
La figure 1C illustre un exemple non limitatif d'un mode de réalisation d'une installation de refroidissement 20 particulièrement adaptée à la mise en œuvre du procédé. Les granules expansés sont introduits alternativement par déchargement dés fours micro-ondes et par une conduite 101 dans le dispositif 20. Le dispositif 20 comprend une enceinte 100 délimitant à la sortie de la conduite 101 une zone dite tampon 102 qui permet avantageusement d'amortir les variations de débit de l'installation. Les dimensions de cette zone 20 sont par exemple calculées de telle façon que le niveau de granules, en fonctionnement, fluctue entre une limite inférieure et une limite supérieure comprises dans ladite zone 102. La zone 102 est délimitée dans sa partie inférieure par un goulot de rétrécissement 103 qui débouche sur une cavité 104 entièrement remplie de granules et dans laquelle lesdits granules sont refroidis par un fluide caloporteur, par exemple de l'air. Par fluide caloporteur, il est entendu au sens de la présente description tout fluide connu pour échanger de la chaleur (par chauffage ou refroidissement) avec le milieu dans lequel il est introduit. Selon un mode avantageux de réalisation, et tel que représenté sur la figure le, un premier moyen d'introduction en fluide 106 est disposé à proximité de l'extrémité inférieur de l'enceinte 100 dans un espace 111 d'introduction et de répartition du fluide, délimité par exemple et tel que représenté sur la figure le par une grille de forme conique 107. Selon un mode avantageux de réalisation du dispositif, un second moyen • d'introduction en fluide est disposé à hauteur du goulot 103, dans l'espace libre de granules 108 sous le goulot 103.
En fonctionnement, les granules périodiquement déchargés des fours micro-ondes sont déversés dans la cavité 102 de manière discontinue, et forment après traversée du . goulot 103 un lit mobile descendant de granules dans la cavité 104. Ce lit est traversé par le fluide caloporteur introduit par le moyen 106 et les granules sont ainsi refroidis à la température de consigne. Cette température pourra par exemple être ajustée par la quantité et la température du fluide injecté ou par le contrôle de la vitesse de progression dudit lit, elle même par exemple contrôlée par un moyen de soutirage 110 des granules refroidis disposé au bas de l'installation. Après traversée du lit, le fluide chaud est évacué hors de l'enceinte par une conduite de sortie 109.
Selon un mode de mise en œuvre possible, une partie variable du fluide caloporteur, par exemple entre 10 et 30% molaire, peut être introduite par le moyen 105. Cette répartition présente certains avantages :
- un meilleur contrôle de la température de sortie du fluide caloporteur,
- le refroidissement du matériau constituant le goulot 103 par échange radiatif avec le fluide froid introduit par le moyen 105, ledit matériau pouvant être soumis à de très fortes contraintes thermiques, en l'absence d'un tel système de refroidissement.
La figure 1D illustre un exemple non limitatif d'un mode de réalisation d'une installation de séchage particulièrement adaptée à la mise en œuvre du procédé. Les pastilles entrent dans l'installation de séchage 9 par une conduite 201 délimitée par une enveloppe cylindrique 202, et sont réparties à l'intérieur de ladite enceinte de façon homogène par tout interne adapté à cette fonction, par exemple par une plaque de distribution 203. L'enveloppe 202 comprend une cheminée interne 204 dont la cavité interne permet l'évacuation du fluide de séchage. La cheminée 204 est percée dans sa partie inférieure d'orifices 208 permettant la circulation du fluide dans l'installation. Ledit fluide, par exemple de l'air chaud issu du dispositif 20, entre dans l'installation 9 par des moyens d'introduction 205. Ces moyens d'introduction sont arrangés de telle façon qu'à l'issue de ladite introduction, la répartition dudit fluide soit circulairement uniforme autour de la cavité cylindrique délimitée par l'enveloppe 202. Il est possible d'envisager dans ce but de multiplier les points d'introduction du fluide autour de l'enveloppe cylindrique 202, ou plus avantageusement et comme décrit dans la figure ld, d'utiliser des internes délimitant en périphérie de l'enveloppe une couronne interne 206 de distribution du fluide. Ces internes présentent des ouvertures 207, disposées sensiblement au niveau des orifices 208. Ces orifices peuvent être constitués par des trous, des rainurages, des grilles etc. Par exemple, des internes de type grille Johnson peuvent être utilisées.
Lors du fonctionnement de l'installation, les pastilles introduites par les moyens 201 sont réparties de façon homogène grâce aux moyens 203 dans l'espace délimité d'une part par l'enveloppe cylindrique 202 dans la partie supérieure de l'installation ou par la couronne interne 206 dans la partie inférieure de l'installation et d'autre part par la cheminée 204. Lesdites pastilles forment ainsi un lit mobile descendant 211 dont la vitesse de progression est par exemple contrôlée par un moyen de soutirage 209 disposé au bas de l'installation. Le fluide introduit par les moyens 205 est réparti de manière homogène dans la couronne interne 206. Le fluide, via les ouvertures 207 et 208, traverse ensuite le lit mobile de pastilles 211 réparties à cet endroit en une couche mince, assèche celles-ci et est finalement évacué par la cheminée 204 et l'ouverture 210. Les-pastilles séchées au moins partiellement sortent finalement de l'installation 9 sous l'action des moyens de soutirage 209. Ce mode de réalisation présente de nombreux avantages :
- l'installation comprend uniquement des internes fixes, et ne pose donc aucun problème mécanique d'encrassement ou de collage, au contraire des systèmes classiques de séchage comprenant des systèmes à bandes roulantes,
- la traversée par le fluide chaud d'une couche mince d'un lit mobile de pastilles uniformément réparties assure d'une part une forte efficacité du séchage et limite les pertes de charges dues à ladite traversée, ce qui conduit à rendre facultative l'utilisation d'un ventilateur ou d'un extracteur d'air en sortie de l'installation.
La figure 2 décrit schématiquement un four micro-ondes pour chauffer des solides sous forme de billes à haute température, c'est à dire entre 400°C et 2000°C, notamment entre 800 et 1300°C. Les caractéristiques de ce four permettent avantageusement de combiner les fonctions suivantes:
- brassage des granulés (ou billes) pour obtenir un produit de cuisson homogène,
- chargement et vidange sans système de porte de façon à minimiser, voire à supprimer, toute fuite de micro-ondes,
- cavité interne rotative haute température dans une enceinte micro-ondes, .
- chauffe directe sans fluide caloporteur, donc un meilleur rendement, - chauffage micro-ondes qui permet une chauffe de l'intérieur vers l'extérieur du produit, ce type de chauffe étant plus homogène et permettant d'améliorer les caractéristiques du produit.
- régulation précise permettant l'obtention de produits de spécifications plus difficiles à atteindre par un procédé classique,
- temps de cycle très réduit par rapport au procédé conventionnel (3 à 20 fois plus rapide),
- rejets gazeux très réduits puisqu'ils ne proviennent que de la combustion (s'il y a lieu) du matériau chauffé. - faible inertie thermique et disponibilité immédiate de l'énergie des micro-ondes,
- flexibilité sur l'obtention des propriétés du produit final.
Le four comprend une enceinte constituée d'une enveloppe externe 30 et d'une cavité interne 31. L'enveloppe 30, généralement métallique (en acier inox, de préférence), est hermétiquement fermée, mis à part les orifices d'entrée du matériau initial et de sortie du produit final et l'arrivée d'un guide d'onde 33. Une cheminée 50 peut également traverser l'enveloppe 30 pour évacuer les gaz générés par le chauffage 'du matériau. Le. champ de micro-ondes a une fréquence comprises entre 300 et 6000 MHz. Le système de guide d'onde 33 amène les micro-ondes générées par un magnétron à l'orifice 32.
Les dimensions de l'enceinte sont comprises entre 500 mm et 2500 mm pour sa largeur (par exemple de section cylindrique), et 500 mm à 2500 mm pour sa hauteur. L'enceinte peut être isolée thermiquement par un revêtement réfractaire, 34, constitué par exemple de briques silico-alumineuses qui peuvent tapisser l'intérieur de l'enveloppe 30.
Le matériau est introduit sous forme de granulés, ou de boues, par la conduite 35, de diamètre compris entre 10 mm et 130 mm et d'une largeur choisie en fonction dudit diamètre, les dimensions étant choisies en fonction de la longueur du rayonnement microondes de façon à éviter les fuites hors de l'enceinte, selon une technique bien connue de l'homme du métier.
Le matériau tombe dans le tambour 36 constitué d'une virole 37, par exemple en béton, et d'un plateau 38, également en béton avec un support métallique 39.
Ce plateau 38 peut recevoir des orifices de circulation d'air ou de gaz, passant par son axe support 40 de diamètre compris entre 10 et 100 mm. L'arbre est ainsi refroidi et le gaz injecté peut favoriser les réactions d'oxydation par exemple de monoxyde en dioxyde de carbone. La virole a un diamètre compris entre 500 mm et 2450 mm. Les épaisseurs du plateau et de la virole sont comprises entre 5 et 200 mm.
Une fois le remplissage du tambour terminé, il est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un moteur 41 pour permettre le brassage du matériau introduit. La vitesse linéaire en périphérie de la virole peut être comprise entre 5 et 100 cm/s. Un joint d'étanchéité 42 permet d'éviter les fuites micro-ondes autour de l'arbre rotatif.
La chauffe commence alors par l'activation du générateur de micro-ondes. Lorsque l'étape de chauffe est terminée, un vérin 43 déclenche la descente de l'ensemble du tambour 36 selon l'axe de rotation, la rotation de la cavité étant alors stoppée.
Lorsque la virole 37 arrive en butée sur des chandelles 44, le plateau se désolidarise de la virole en continuant son déplacement, et laisse s'échapper les granulés par l'ouverture ménagée entre la virole et le plateau. Les produits sont canalisés vers le conduit d'évacuation' 45.
Ce conduit est, ainsi que le conduit d'admission 35 des produits, constitué d'un ou de plusieurs cylindres de diamètre compris entre 10 et 130 mm permettant d'éviter les fuites de micro-ondes. H en est de même pour l'ouverture de la cheminée 50.
L'ensemble de l'enceinte est fixée sur un support 46 permettant une inclinaison de l'axe de rotation du tambour contenu dans l'enceinte comprise entre 20° et 60° avec la verticale.
Le tambour peut comprendre d'autres moyens d'évacuation du produit fini, par exemple une spirale disposée sur la paroi interne de la virole, l'inversion du sens de rotation permettant de passer d'un mode de brassage à un mode de déchargement. Egalement, le plateau peut comprendre des orifices à ouverture commandée.
Ce type de four est particulièrement adapté à la mise en température des produits granulaires ou non à base d'argiles, de boues argileuses de lavage de granulats de carrière, de boues résiduaires industrielles, et en général de tout produit solide (granulés ou sous forme de particules dites "fines") ou boueux, intéressés par une transformation haute température en vue par exemple d'une expansion, d'un inertage, d'une vitrification, d'une calcination.
Les matériaux traités peuvent être d'origine minérale ou organique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication de granules, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes en combinaison: a) mise en forme par granulation d'un matériau pâteux, b) chauffage des granulats formés au cours de l'étape a) par un rayonnement micro-ondes jusqu'à une température comprise entre 400 et 2000°C, c) refroidissement des granules issus de l'étape b), d) récupération desdits granules, en ce que ladite étape a) est effectuée en continu, et en ce que l'étape b) de chauffage est effectuée dans au moins deux fours micro-ondes disposés en parallèle, chacun desdits fours étant successivement alimenté en granulats issus de l'étape a) de manière discontinue.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le matériau initial est un matériau expansible sous l'effet dudit rayonnement micro-ondes et dans lequel la température atteinte dans l'étape b) est au moins celle permettant d'obtenir l'expansion du matériau.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 comprenant en outre une étape de séchage avant et/ou après l'étape a) de mise en forme.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel ladite étape de séchage est effectuée en utilisant et en récupérant l'énergie calorifique produite par ledit refroidissement des granulats lors de l'étape c).
5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel ladite récupération est effectuée au moyen d'un gaz vecteur chauffé au cours de l'étape c) et véhiculé vers ladite étape de séchage par un moyen de ventilation.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre, avant l'étape c) de chauffage, une étape d'introduction d'au moins un additif ayant au moins l'une des fonctions suivantes :
- amélioration du formage et/ou du séchage des billes,
- coloration,
- anti collage des billes, - obtention d'une expansion maximale sous l'effet de micro-ondes,
- amélioration des propriétés mécaniques de la bille expansée: résistance à la rupture, à l'abrasion,
- accélérateur de chauffe des micro-ondes,
- réglage de la densité, - contrôle de la perméabilité.
7. Installation permettant la mise en œuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant un dispositif de mise en forme du matériau sous forme de granulés, un dispositif de chargement (17) des granulés dans au moins . deux fours à micro-ondes disposés en parallèle et un dispositif de refroidissement (20) des granules issus desdits fours, lesdits fours comportant des moyens de brassage (36) des granulats, des moyens de déchargement des moyens de brassage, une enveloppe (30) dans laquelle se trouvent ces moyens, ladite enveloppe étant étanche aux micro-ondes et comportant des moyens de capture des micro-ondes sur chacune des ouvertures de ladite enveloppe, et dans lequel le dispositif de chargement (17) comporte des moyens de distribution (19) des granulats dans les fours.
8. Installation selon la revendication 7 comprenant en outre des moyens de séchage (9) placés dans ladite installation en aval du dispositif de chargement (17) et des moyens de récupération de l'énergie du dispositif de refroidissement (20) pour apporter au moins en partie l'énergie nécessaire aux moyens de séchage.
9. Installation selon l'une des revendications 7 à 8 comprenant des moyens de chauffage complémentaires (24) coopérant avec lesdits moyens de récupération.
10. Installation selon l'une des revendications 7 à 9 dans laquelle le dispositif de refroidissement (20) comprend une enceinte (100) dans laquelle sont disposés au moins : -des moyens d'introduction en granules (101) dans une zone tampon (102),
- une cavité (104) en communication avec ladite zone tampon (102) dans l'enceinte (100) par un goulot d'étranglement (103), -des moyens de soutirage des granules refroidis en communication avec ladite cavité (104) et disposés à proximité de rextrémité inférieure de ladite enceinte (100),
-des moyens d'introduction en un fluide caloporteur disposés à proximité de l'extrémité inférieure de ladite enceinte (100) et des moyens de sortie (109) hors de l'enceinte (100) du fluide caloporteur chaud ayant traversé la cavité 104, lesdits moyens de sortie (109) étant disposés dans l'enceinte (100) au niveau du goulot de rétrécissement
(103).
11. Installation selon la revendication 10 comprenant en outre des moyens d'introduction en fluide caloporteur disposés dans l'enceinte (100) au niveau du goulot de rétrécissement
(103).
12. Installation selon l'une des revendications 8 à 11 dans laquelle lesdits moyens de séchage comprennent une enveloppe (202) dans laquelle sont disposés au moins : - des moyens d'introduction (201) et de soutirage (209) des granulés,
- des moyens d'introduction (205) et de répartition (207) d'un fluide de séchage en --• périphérie de ladite enceinte,
- une cheminée centrale (204) d'évacuation dudit fluide de séchage,
- des moyens de répartition (203) et de circulation des granulés au sein d'un lit mobile dans l'espace compris entre lesdits moyens de répartition et ladite cheminée centrale, - des ouvertures pratiquées dans les moyens de répartition (206) et dans la cheminée (208) pour le passage dudit fluide des moyens de répartition (207) à la cheminée centrale (204) et au travers dudit lit mobile de granulés.
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