ET LE BROYAGE DE MATERIAUX HUMIDES

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour sa mise en œuvre, destiné à broyer, c'est-à-dire réduire à une plage de granulométrie donnée, sous forme de particules fines ou poussières, des matériaux bruts inertes, et présentant une teneur en eau non négligeable, par exemple ayant un taux d'humidité entre 10 % et 90 %, et notamment entre 15% et 85 %.

Le procédé de l'invention est applicable à tout matériau humide, qui est soit pulvérulent, à l'état plastique, poudreux, fibreux, gélatineux, ou pâteux. Ainsi, le procédé de l'invention trouve application dans plusieurs domaines comme la construction, les voies de communication, ou l'agroalimentaire, ou l'environnement, ou la chimie, ou la cosmétique...

Par exemple, dans la construction, le procédé permet de traiter de l'argile, qui une fois broyée, est destinée à l'industrie de la céramique. Dans l'agroalimentaire, le matériau peut-être constitué d'algues, de pâte alimentaire, de coproduits issus par exemple de l'équarrissage ou de la transformation des produits de la mer, de produits laitiers, de protéines animales ou végétales, de tourteaux végétaux, Dans le domaine de l'environnement, le matériau peut être constitué de boues de station d'épuration. Dans le domaine de la chimie, le matériau peut être issu d'un procédé de précipitation ou de granulation ...

A cette fin, de manière connue, on utilise des broyeurs par exemple, soit à rouleaux, soit pendulaires, soit à attrition, soit à impact, soit de pulvériseurs, en général des broyeurs du type aéraulique. Les quantités et volumes à traiter élevés et la résistance des matériaux à broyer (roches et cailloux) nécessitent donc des installations résistantes et de grande taille, et qui sont consommatrices d'énergie. Par ailleurs, la granulométrie finale doit être comprise dans une fourchette étroite. Enfin, le broyage engendre des poussières par définition, dont il convient d'éviter la propagation hors de l'installation.

On comprend que le broyage de tels matériaux soulève des difficultés de mise en œuvre.

A ces difficultés s'en ajoutent d'autres lorsque le matériau brut est humide, comme par exemple de l'argile. La difficulté augmente encore si le matériau, outre son taux d'humidité, présente une structure fibreuse, gélatineuse, ou est à viscosité élevée.

En effet, avant le broyage, il convient de sécher le matériau brut humide, c'est-à-dire de réduire sa teneur en eau.

Pour ce faire, de manière connue, on utilise deux installations successives, une première de séchage, suivie d'une seconde pour le broyage.

Une installation de séchage connue comprend une enceinte dans laquelle sont introduits d'une part le matériau à sécher en vrac, et d'autre part un courant de gaz (usuellement de l'air) chaud. Les systèmes de séchage connus sont divers et incluent entre autres les sécheurs dits rapides, les tours d'atomisation, les tunnels de séchage, les sécheurs rotatifs.

Dans l'exemple du traitement de l'argile, le taux d'humidité au départ est généralement compris entre 10% et 50 %. A la sortie de l'enceinte de séchage, on récupère le matériau séché, avec un taux d'humidité réduit, typiquement entre 0,1 % et 20 %.

L'enceinte de séchage est de préférence cylindrique et rotative. Elle est en outre reliée, via un filtre, à un moyen de ventilation qui aspire l'air chaud chargé de poussière, et récupère ces dernières pour les ajouter au matériau semi sec sortant directement de l'enceinte.

Puis, le matériau séché (à la sortie du sécheur) est ensuite dirigé vers une seconde installation de broyage distincte, qui comporte, de façon connue, un « séparateur dynamique » pourvu d'un broyeur connu (du type à rouleaux ou pendulaire) et à la base duquel est insufflé un gaz chaud (usuellement de l'air). La sortie du broyeur est reliée à un moyen aspirateur, via un filtre qui sépare l'air chaud chargé d'humidité et de poussières, pour récupérer le matériau broyé séché. Optionnellement, la base du broyeur est reliée à une source additionnelle de gaz chaud puisé, afin de compléter le séchage.

Ce procédé connu, basé sur deux installations distinctes et successives, présente des inconvénients.

Le matériau final doit être non seulement broyé selon une granulométrie donnée, mais doit aussi présenter un taux d'humidité compris dans une plage donnée, et notamment inférieure à un maximum imposé. Ce dernier paramètre est crucial pour l'industrie de la céramique.

Or, les installations connues de séchage d'une part et de broyage d'autre part, qui fonctionnent en série, possèdent chacune leur propres paramètres de fonctionnement : température du gaz, débit de gaz, débit de matériau à traiter, pertes de charge, taux de poussières. Ceci a plusieurs conséquences désavantageuses :

- La gestion des paramètres est rendue compliquée, ce qui augmente l'incertitude sur la granulométrie d'une part et le taux d'humidité d'autre part.

- Ces installations doubles sont encombrantes.

- Les coûts d'installation, de maintenance et de consommation sont élevés. La présente invention remédie à ces inconvénients et propose un procédé et une installation qui permettent d'obtenir de manière sure la granulométrie et le taux d'humidité souhaités, qui présentent une dimension globale réduite, qui consomme moins d'énergie, et ce par rapport aux deux installations successives connues.

A cette fin, selon l'invention, l'installation destinée au séchage et au broyage de matériaux inertes bruts, humides, du type comportant :

• Des moyens de séchage comprenant une enceinte dans laquelle est introduit le matériau à sécher en vrac ;

· Une source de gaz chaud puisé à l'entrée des moyens de séchage ;

• Un broyeur du type aéraulique ;

• Des moyens de filtrage des poussières, à la sortie du broyeur ; est caractérisée en ce qu'elle comprend un seul moyen d'aspiration de l'air chaud (chargé d'humidité et éventuellement de poussières selon le matériau) en aval du broyeur, ledit moyen d'aspiration étant commun aux moyens de séchage et au broyeur.

Ainsi, l'installation de l'invention présente l'avantage, par rapport à l'art antérieur, d'être plus simple, donc moins onéreuse à la construction (un seul moyen d'aspiration et par suite un seul moyen de filtration) et en fonctionnement (économie d'énergie).

Dans une application donnée à titre illustratif, le matériau étant de l'argile humide, l'invention est avantageuse en ce que :

• Les défauts de cuisson dus à la présence de carbonate et/ou de coquillages dans l'argile, sont éliminés ;

• La quantité d'additifs est réduite ;

• La matière première est plus homogène ; il en résulte une porosité réduite des produits finis, tels que tuiles et briques, dont la résistance au gel et aux intempéries s'en trouve augmentée.

• La granulométrie étant plus fine, l'aspect esthétique et superficiel des produits finis est amélioré.

• La durée de vie des moules de cuisson généralement en plâtre est augmentée, dans certains cas doublée.

• Certaines carrières d'argile considérée comme de mauvaise qualité, ou de manutention difficile, peuvent continuer à être exploitées, alors qu'avec les installations connues, elles ne sont plus rentables ou onéreuses d'exploitation, ou ne permettent pas de fabriquer des produits finis présentant les qualités requises.

Selon une caractéristique, l'installation comporte des moyens d'acheminement du gaz chaud provenant de la source, passant par les différents moyens de séchage, broyage et filtrage jusqu'à l'unique moyen d'aspiration en aval de l'installation et agencé en aval des moyens de filtrage.

On entend par « un seul ou unique moyen d'aspiration », un moyen d'aspiration qui est seul apte à aspirer et extraire l'ensemble du gaz circulant dans l'installation depuis l'amont jusqu'à l'aval, et agencé à l'aval de l'installation. Pour autant, ce moyen d'aspiration situé à l'aval de l'installation peut comprendre un ou plusieurs éléments d'aspiration du type ventilateurs. En outre les moyens de filtrage des poussières du broyeur sont agencés en aval du broyeur, et ledit moyen unique d'aspiration est disposé en aval des moyens de filtrage.

Afin de compléter le séchage de matériaux à taux d'humidité élevé, l'installation comporte en outre une source auxiliaire de gaz chaud reliée à l'entrée du broyeur.

Le gaz chaud est de préférence de l'air, et peut provenir soit d'une source additionnelle prévue à cet effet, soit d'une source distincte d'un autre dispositif permettant ainsi de récupérer l'air chaud issu d'un processus complètement indépendant de l'installation de séchage/broyage de l'invention.

L'enceinte de séchage est par exemple du type : sécheur dit rapide, tour d'atomisation, tunnel de séchage, sécheur rotatif.

Le broyeur aéraulique est par exemple du type à rouleaux ou du type pendulaire. De manière préférée, il est prévu des moyens dépoussiéreurs, par exemple du type cyclone, et notamment deux cyclones successifs, à la sortie de l'enceinte de séchage, et la sortie desdits moyens dépoussiéreurs étant reliée à l'entrée du broyeur. L'installation comporte en option des moyens d'alimentation et de mélange du matériau séché broyé issu du broyeur avec des matériaux additifs, tels que par exemple, sable, bois, pigment, baryum ou toute combinaison de ces derniers.

L'invention est également relative à un procédé de fabrication d'un matériau séché et broyé, de granulométrie appropriée et présentant un taux d'humidité préétabli, comprenant successivement au moins une étape de séchage d'un matériau par introduction d'un gaz chaud, une étape de broyage du matériau séché, et une étape de filtrage du matériau séché et broyé pour fournir la granulométrie appropriée, caractérisée en ce qu'il comprend une seule étape d'aspiration et d'échappement du gaz qui est réalisée uniquement après l'étape de filtrage. Selon une caractéristique du procédé, le gaz chaud circule dans un seul circuit depuis l'étape de séchage, en passant par les étapes de broyage et filtrage, pour n'être aspiré et extrait qu'après l'étape de filtrage.

Avantageusement, l'étape de broyage comprend l'introduction d'un courant de gaz chaud supplémentaire, ce gaz supplémentaire se mélangeant au gaz provenant de l'étape de séchage, l'ensemble des gaz étant aspiré après l'étape de filtrage.

L'invention sera bien comprise à la lumière de la description qui suit d'exemples illustratifs mais non limitatifs, en référence

La figure 1 est un organigramme simplifié représentant les différentes étapes du procédé et de l'installation. La figure 2 est un schéma simplifié de côté de la première partie de l'installation.

La figure 3 est un schéma simplifié de côté de la seconde partie de l'installation.

On a représenté sur la figure 1 une vue schématique sous forme d'un organigramme des différentes étapes du procédé, et des différents postes de l'installation selon l'invention.

Le bloc fonctionnel 1 représente le ou les matériaux à traiter, c'est-à-dire à sécher et broyer pour obtenir un matériau selon une granulométrie appropriée d'une part, et présentant un taux d'humidité souhaité d'autre part.

L'invention est décrite ci-après dans un exemple spécifique d'un matériau particulier, à savoir de l'argile, qui présente une viscosité importante, et une teneur en eau élevée (entre 10 et 35 % d'humidité). Il est entendu que l'invention n'est pas limitée à ce matériau et peut englober notamment l'ensemble des matériaux humides mentionnés précédemment.

Dans l'exemple décrit, l'argile subit un traitement préalable, connu en lui- même, et consistant en :

- extraction et enlèvement des corps métalliques, par moyens magnétiques ;

- déchiquetage ;

- pulvérisation ou réduction en poudre humide.

Le matériau ainsi préparé de manière grossière sur le plan mécanique, est acheminé vers un poste de séchage, référencé par le bloc 2. Les moyens de séchage sont reliés à un moyen 3 de génération d'air chaud (connu en lui-même).

Le matériau des moyens de séchage est acheminé vers des moyens de broyage 4, puis en aval de ces derniers est prévu un moyen de filtrage 6. Les moyens de broyage 4 sont en outre reliés à un second générateur d'air chaud 5.

Selon l'invention, les moyens de filtrage 6 depuis lesquels est extrait le matériau séché et broyé sont reliés à un moyen unique d'aspiration 7.

Les matériaux issus de l'étape de filtrage 6 sont acheminés (flèche 8) vers un poste de mélange du matériau traité, à des additifs, représenté par le bloc fonctionnel 9. Les différents additifs ou matériaux ajoutés ou complémentaires sont issus de différentes réserves, symbolisées par le bloc fonctionnel 10. Les additifs ou produits et matériaux complémentaires sont disposés dans des moyens de stockage ou réserves référencés 10A, 10B, 10C, 10D, 10E , et 10F (ajout de liquide - eau, soluté, etc - dans le cas de l'argile.

Les matériaux et leurs additifs, une fois mélangés, sont soumis à un ultime traitement en vue de leur utilisation, tel que la cuisson par exemple pour le cas de l'argile, et représenté par le bloc fonctionnel 1 1 . En référence à la figure 2, les moyens de l'invention sont représentés en détail, à savoir les moyens de séchage (bloc 2 de la figure 1 ), les moyens de broyage (blocs 4 et 5 de la figure 1 ), et les moyens de filtrage (blocs 6 et 7 de la figure 1 ). Le matériau brut ou travaillé grossièrement de manière mécanique (bloc 1 de la figure 1 ) est acheminé, par l'intermédiaire d'un convoyeur 12, de type connu, vers une trémie 13 située à l'aplomb de l'entrée 14A située en partie supérieure de moyens de séchage 14, de type connu en soi, tel que par exemple un sécheur rapide.

Les moyen de séchage 14 comportent également une seconde entrée d'alimentation 14B située sur l'arrière, et reliée à une source d'air chaud 15 (bloc 3 de la figure 1 ), du type connue en soi et prélevant l'air ambiant par une prise d'air 16.

Ainsi, dans les moyens de séchage 14 pénètre d'une part le produit ou le matériau humide, et d'autre part de l'air chaud. Pour faciliter la compréhension, le cheminement de l'air chaud, et du matériau humide ont été symbolisés par des traits ou courbes parcourant l'ensemble des différents appareils, moyens et dispositifs pour aboutir au produit final. Le courant ou le cheminement d'air chaud est symbolisé par des traits discontinus, tandis que le cheminement de la matière ou du matériau humide, semi-humide ou sec, est représenté par des traits ou cheminements continus. Les moyen de séchage 14 comportent en aval deux sorties d'où sont évacuées trois familles de matériaux et produits :

- Une première sortie 14C, en partie inférieure, d'où est évacué (cheminement 17) le matériau semi-sec ayant subi un séchage approprié et considéré comme semi-sec ou sec ;

- Une seconde sortie 14D, en partie supérieure, d'où sont évacués o D'une part un mélange d'air et de poussière de matériaux semi-sec ou secs, représenté par le cheminement 18 ;

o D'autre part, l'air chaud ayant circulé dans les moyens de séchage dont le cheminement d'évacuation est référencé 19.

Le matériau sec ou semi-sec 17 est acheminé par un convoyeur 20, connu en lui-même et disposé sensiblement horizontalement. L'extrémité amont 20A du convoyeur 20 est située à l'aplomb de la sortie inférieure 14C des moyens de séchage 14, tandis que l'extrémité aval 20B du convoyeur 20 est située à l'aplomb d'un dispositif élévateur référencé 23 muni d'une noria de godets ou similaires fixés sur une chaîne sans fin. Ceci permet d'acheminer en hauteur le matériau sec ou semi-sec, sur un second convoyeur horizontal 24. L'air 18 chargé de poussières du matériau et le gaz chaud 19 (issus des moyens de séchage 14) sont acheminés à l'entrée de moyens dépoussiéreurs du type cyclonique, constitué en l'espèce de deux cyclones successifs 25 et 26. Les deux cyclones 25 et 26 comportent une sortie d'évacuation respectivement 25A et 26A, équipée chacune d'un sas rotatif 25B et 26B, et desquelles débouchent les plus grosses particules solides des poussières du matériau semi-sec ou secs tandis que les plus fines particules sont retenues dans le cyclone correspondant. Environ 95 à 97% des poussières sont ainsi récupérées via les cyclones 25 et 26. Les particules du matériau issues des cyclones sont représentés par les cheminements 18A et 18B respectivement.

L'air chaud 19 issu des moyens de séchage 14, qui contient des fines particules de matériau, avec une teneur faible (quelques %), pénètre dans les deux cyclones 25 et 26 successifs et débouche à la sortie du deuxième cyclone 26 selon un cheminement 19A. Cet air chaud comporte encore un peu de poussières (2 à 5 % environ). Les particules de matériau 18A et 18B issus des deux cyclones forment de la matière sèche qui est déversée sur le premier convoyeur horizontal 20, pour se joindre au matériau 17 issu directement de la sortie du moyen de séchage 14. Sur le second convoyeur horizontal 24 qui suit l'élévateur 20, le matériau sec parvient jusqu'à l'extrémité aval 24B dudit convoyeur, pour être acheminé via un sas rotatif 27, à la base d'un broyeur 28 (bloc 4 de la figure 1 ), du type connu en soi et du type aéraulique. A titre d'exemple préféré, un tel broyeur peut être constitué du broyeur connu du type pendulaire référencé PM.

A la base et à l'entrée du broyeur 28 est également introduit le courant d'air chaud 19A issu des cyclones 25 et 26. Au courant d'air chaud 19A pénétrant à la base du broyeur 28, est adjoint un second courant d'air chaud 29 issu d'un second générateur d'air chaud 30 (bloc 5 de la figure 1 ), prélevant l'air ambiant 31 pour le réchauffer selon des techniques connues. Le second générateur d'air chaud 30, à la base du broyeur, est optionnel.

Ainsi, dans le broyeur 28, et par la base de ce dernier, pénètre un mélange d'une part du matériau sec ou semi-sec issu de l'étape de séchage précédente, et d'autre part un double courant d'air chaud (19A) provenant des cyclones 25 et 26 et du second générateur d'air chaud 30 (courant 29).

Le broyeur 28 délivre à sa sortie supérieure 28A, via un classificateur dynamique connu sous la dénomination commerciale DYNAIR, un mélange de matériau broyé sec, sous forme de poussières, et d'air chaud, selon des cheminements respectifs 31 et 32, qui pénètrent dans des moyens de filtrage ou filtre 33 (bloc 6 de la figure 1 ) connu en lui-même et du type par exemple un filtre à manches à décolmatage automatique par impulsion d'air comprimé connu sous la dénomination commerciale INTENSIV FILTER ou FB FILTRATION ou DELTA NEU.

Les moyens de filtrage 33 reçoivent un mélange provenant du broyeur, contenant de l'air chaud chargé d'humidité et du matériau sec, ce mélange est filtré pour séparé l'air humide du matériau.

Ainsi, à la base 33A du filtre, par l'intermédiaire d'un sas rotatif 33B, le produit sec extrait est acheminé sous la référence 8 vers les moyens d'ajout et de mélange d'additifs et de matériaux complémentaires, représenté par le bloc 9 de la figure 1 (et qui n'est pas visible sur la figure 2).

Par ailleurs, à la sortie supérieure 33C du filtre 33, est évacué le gaz chaud humide, débarrassé de poussières, via un cheminement 34 qui débouche selon l'invention sur le moyen unique d'aspiration 7 (figure 1 ). Ce dernier est constitué d'un ventilateur aspirateur 35, du type connu en soi, et dont la sortie est reliée à un conduit en cheminée d'évacuation 36, vers soit l'atmosphère, soit vers des moyens de récupération des calories qui restent dans le courant d'air chaud d'origine. On note que d'amont en aval de l'installation, l'air chaud suit ainsi un circuit à travers les différents moyens/postes successifs de l'installation de fabrication du matériau séché et broyé à la granulométrie et au taux d'humidité ad hoc, cet air chaud provenant du premier moyen générateur d'air chaud (3, 15) situé en amont du moyen de séchage 2 (figures 1 et 2) pour n'être aspiré et extrait que par l'unique ventilateur 35 (moyen d'aspiration 7) à l'aval du filtre 33.

Autrement dit, l'air chaud a un cheminement continu dans un circuit unique, depuis le moyen de génération d'air chaud 1 5 situé tout en amont de l'installation, jusqu'à l'évacuation 36, reliée à l'unique ventilateur / aspirateur 35, et ce au travers de tous les moyens et dispositifs décrits précédemment, à savoir les moyens de séchage, les cyclones dépoussiéreurs, le broyeur, et le filtre.

Selon l'une des caractéristiques de l'invention, le moyen d'aspiration 7, et le ventilateur aspirateur 35, est ainsi unique pour l'ensemble de l'installation. En référence à la figure 3, le matériau sec traité, par séchage, broyage et filtrage, et référencé 8 est acheminé sur un troisième convoyeur horizontal 37, à l'aplomb duquel, en partie supérieure, sont disposés des conteneurs ou moyens de réserve de matériaux annexes, additifs, complémentaires ou autres et représentés par le bloc fonctionnel 10 (figure 1 ).

Les conteneurs 10A à 10E sont au nombre de cinq dans l'exemple montré, étant entendu que le nombre et le contenu de ces conteneurs sont fonction des besoins, et du matériau à traiter. Dans l'exemple montré, le conteneur 10A contient du sable, le conteneur 10B du bois, le conteneur 10C de l'argile blanc, le conteneur 10D des pigments, et le conteneur 10E du carbonate de baryum, et l'arrivée d'eau 10F.

Ces différents produits ou matériaux additifs sont disposés sur le troisième convoyeur 37 de manière séquentielle, au sein du flux et de l'acheminement du matériau sec et traité, pour déboucher à l'extrémité aval 37A dudit convoyeur 37, dans un mélangeur 38, qui peut être constitué d'un seul, de deux, voire plusieurs, mélangeurs successifs, du type connu en soi ou en eux-mêmes, sur un quatrième convoyeur horizontal 39. Ce dernier achemine le produit final traité, c'est-à-dire séché, broyé, filtré, et avec les additifs, et donc un produit sec utilisable directement, référencé 40, vers des moyens de traitement dits d'utilisation, tel que par exemple la cuisson, dans le cas d'un matériau d'origine sous forme d'argile. Dans cet exemple particulier de matériau d'argile, les moyens de traitement d'utilisation sont alimentés également en rejets de cuisson (chamotte issue de briques ou tuiles cassées, ou non conformes) provenant d'une source G, via un convoyeur horizontal additionnel 41 .

Le procédé de fabrication prend en compte les divers paramètres de fonctionnement de l'installation, dont notamment :

- le débit de gaz chaud (en l'occurrence de l'air);

- la température du gaz chaud ;

- le débit du matériau brut à traiter, arrivant au moyen de séchage ;

- la vitesse de rotation et de déplacement de la matière et du matériau dans les moyens de séchage ;

- le nombre de cyclones dépoussiéreurs ;

- les dimensions du ou des cyclones dépoussiéreurs ;

- les dimensions et capacités du broyeur aéraulique ; - les paramètres de fonctionnement du broyeur, tels que vitesse de rotation, couple... etc. ;

- la puissance et le débit de l'unique moyen d'aspiration 7 aval.

- Les volumes de gaz,

- Les paramètres de pression et de perte de charge du gaz dans le circuit aéraulique.