équipements micro-ondes industriels
Du laboratoire à l'unité industrielle
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Le minéral

Valorisation de boues en billes légères

IDCO propose de valoriser les boues minérales en billes légères par micro-ondes.
Ces boues peuvent provenir :

  • du lavage de granulats de carrières (boues argileuses ou calcaires)
  • de l’industrie minérale (par exemple fabrication d’alumine et boues rouges)
  • des mines
Les granulats légers sont obtenus soit par expansion, soit par création de porosités dans un volume fixé

L'expansion (boues argileuses - billes)

boues argileuses de lavage de granulats de carrières


Les billes expansées


Les billes d’argile expansée sont des matériaux totalement naturels alliant légèreté, résistance, imputrescibilité, isolation thermique, isolation phonique, résistance au feu et aux agents chimiques.

Elles sont à ce jour fabriquées dans des fours rotatifs à partir d’argile issues de carrières spécifiquement exploitées pour cet usage.

L’utilisation des boues de lavage de carrières est IMPOSSIBLE dans les procédés de fabrication actuels (fours tournants) car la chauffe traditionnelle (de l’extérieur vers l’intérieur) ne permet pas leur expansion.

Caractéristiques générales:

  • léger : masse volumique apparente (en vrac) : 300 à 800 kg/m3
  • isolant: conductibilité thermique : 0,08 à 0,13 W/mK (liée à la densité)
  • résistant: résistance à l’écrasement : 1 à 3,5 N/mm2 ou Mpa (NF 13055-1)
  • granulométrie : 3 à 20mm
  • capacité thermique spécifique : 1 kJ/kg°K

Elles sont classées Euro A1 pour la résistance au feu (incombustible-NF 13501-1)

Prix de marché : entre 60 et 90 €/m3

L’avantage de cette valorisation est que l’argile expansée possède une valeur marchande sur un marché établi et structuré

Les utilisations de ces billes sont:

    les bétons légers
    les préfabriqués légersla culture hors sol
    la jardinerie et la décoration
    terrassement et remblais
    filtration


Le procédé IDCO permet d’obtenir des billes adaptées au cahier des charges des différentes applications : billes à forte rétention d’eau pour lhydroponie (35% en 10mn) ou billes étanches (moins de 2% d’eau), résistantes et légères pour les bétons et préfabriqué légers.

Le marché français actuel est estimé à 300.000m3/an, mais est en constante progression et devrait fortement progresser avec l’entrée en vigueur de la RT2012 nécessitant l’emploi de ce type de matériau dans les constructions.

L'expansion - (boues argileuses - procédé)

Les boues de lavage concernées par cette valorisation sont les boues argileuses comportant moins de 15% de calcaire.

Leur degré de siccité doit être d’environ 24% (« pelletables » ou sortie filtre presse)

Les boues sont la plupart du temps cyclonées puis soit mises directement en lagune de décantation, soit floculées et décantées, puis passées filtrées avant stockage.


La valorisation des boues de lavage nécessite plusieurs étapes:

1 – Analyses chimiques

La connaissance de la composition chimique est indispensable pour évaluer la faisabilité d’expansion et la nécessité d’additifs: analyse des éléments chimiques (SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaCO3, CaO, Na2O, K2O…) et analyse minéralogique (type d’argiles)

2 – Faisabilité : logiciel expert

La faisabilité d’expansion est analysée par un logiciel expert (diagramme de Riley) qui permet de déterminer les additifs nécessaires pour que les ratios de silice, alumine et fondants soient compris entre des valeurs déterminées.

 3 – Faisabilité: essais laboratoire

L’expansion est réalisé par le dégazage de certaines substances alors que l’argile est dans une phase pyroplastique (environ 1100°C).


Les essais de laboratoire IDCO permettent de valider les formulations et la température d’expansion. Ils pourront être complétés par des essais semi-industriels sur pilote 6kW

4 – Élaboration de l’unité industrielle

Seule la technologie micro-ondes IDCO permet la valorisation des boues car le palier d’expansion est très faible et les procédés classiques de chauffe de l’extérieur vers l’intérieur colleraient les billes entre elles.

La technologie IDCO permet une chauffe du cœur vers l’extérieur, un brassage efficace et chauffe précise et homogène.

  • Les boues sont, si nécessaire, mélangées à un ou des additifs (0 à 10% - sous produits)
  • Le mélange est préparé en pellets par passage dans une extrudeuse
  • Les pellets sont préchauffées dans un échangeur de chaleur à air
  • Les pellets subissent une seconde chauffe dans un four rotatif (de préférence à bois) à 900°C
  • Les pellets préchauffés sont expansés dans les fours micro-ondes (environ 1100°C)
  • Les billes expansées sont refroidies dans un échangeur de chaleur à air
  • Les billes refroidies sont criblées, si nécessaire, et stockées


Les billes légères (boues calcaires)

1 – Le principe

Les pores sont créés par dégagements gazeux lors de la cuisson à environ 1000°C. A la différence de l’expansion, le volume de la bille reste identique.

  • La légèreté de la bille est donnée par le taux de pores obtenus (dégazage du CaCO3 et de matières organiques)
  • La résistance de la bille est donnée par des additifs structurants

Les billes obtenues sont légères (densité de 0,6 à 0,7), résistantes et étanches.

Leurs applications sont les mêmes que celles des argiles expansées :

  • les bétons légers
  • les préfabriqués légers
  • la culture hors sol
  • la jardinerie et la décoration
  • terrassement et remblais
  • filtration


2 – La ligne industrielle

  • Les boues sont mélangées des additifs (30% - sous produits)
  • Le mélange est préparé en pellets par passage dans une extrudeuse
  • Les pellets sont préchauffées dans un échangeur de chaleur à air
  • Les pellets subissent une seconde chauffe dans un four rotatif (de préférence à bois) à 800°C
  • Les pellets préchauffés sont calcinés dans les fours micro-ondes (environ 1000°C)
  • Les billes légères sont refroidies dans un échangeur de chaleur à air
  • Les billes refroidies sont criblées, si nécessaire, et stockées

Les billes légères (boues alumineuses)

1 – Les boues alumineuses en partenariat avec  

Les boues rouges alumineuses (Red Mud ou RM pour les anglophones) sont issues de la production d’alumine à partir de la bauxite par le procédé BAYER.

Elles sont composées d’environ 15% d’alumine résiduelle, de 50% d’oxydes de fer, de 10% d’oxyde de titane, de 6% de silice, de 5% de calcaire, de 5% de soude et possèdent des traces de métaux lourds (chrome, vanadium, arsenic) et de radioactivité issues de la bauxite (4 à 5 fois supérieure à celle d’un sol naturel).


2– Les géopolymères

Les géopolymères sont des roches synthétiques formées à partir d’une « polymérisation » de chaînes moléculaires minérales. Le géopolymères basés sur les alumino-silicates sont désignés sous le terme « poly(sialate) », qui est une abréviation de poly(silico-oxo-aluminate) ou (-Si-O-Al-O-)n (n étant le degré de polymérisation).

Le poly(sialate résulte d'une « géosynthèse » d'acide poly(silisique (SiO2)n et d'alumino-silicate de sodium, en milieu alcalin (soude). Dans cette structure, le groupement sialate (Si-O-Al-O-) est un agent de réticulation.

Cette synthèse est particulièrement adaptée aux boues alumineuse en ajoutant de la silice active et de la soude et en réalisant un traitement thermique adaptée.

La géopolymérisation est une réaction de polycondensation qui nécessite, pour les boues alumineuses, un chauffage spécifique du produit. Le procédé unique IDCO par micro-ondes permet de réaliser cette réaction de façon très rapide et à échelle industrielle. L’opération de « réticulation » s’effectue à une température d’environ 200°C.

3 – Validation de laboratoire

L’analyse des boues rouges alumineuses est indispensable pour déterminer les taux précis des additifs (silice active et soude) et les paramètres de chauffe.

4– La ligne industrielle

  • Les boues sont mélangées à des additifs (silice active; soude)
  • Le mélange est préparé en billes
  • Les billes sont expansées à froid
  • Les billes sont « réticulées » dans des fours micro-ondes à 200°C
  • Les billes sont stockées