FR3147270A1

FR3147270A1 - Fusion et fibrage de laine de roche recyclée

Info

Publication number: FR3147270A1
Application number: FR2303285A
Authority: FR
Inventors: Elodie CHAUDAN; Frederic Lopepe; Thibault GUILLET; David BOUSQUET
Original assignee: Saint Gobain Isover SA France
Current assignee: Saint Gobain Isover SA France
Priority date: 2023-04-03
Filing date: 2023-04-03
Publication date: 2024-10-04
Anticipated expiration: 2043-04-03
Also published as: FR3147270B1; KR20250172599A; WO2024208764A1; AU2024252006A1

Abstract

L’invention concerne une composition de matières premières adaptée pour être enfournée dans un four verrier, fondue, puis fibrée par centrifugation interne, comprenant un recyclat de laine de roche. Sont également concernés les procédés de fusion et de fibrage par centrifugation interne de cette composition, ainsi que la laine minérale obtenue par ces procédés. L’invention concerne également l’utilisation d’un recyclat de laine de roche comme source à la fois de Al2O3, CaO et MgO pour la fabrication d’une laine minérale.

Description

Fusion et fibrage de laine de roche recyclée

La présente invention concerne une composition de matières premières adaptée pour être enfournée dans un four verrier, fondue, puis fibrée par centrifugation interne, comprenant un recyclat de laine de roche. Sont également concernés les procédés de fusion et de fibrage par centrifugation interne de cette composition, ainsi que la laine minérale obtenue par ces procédés. L’invention concerne également l’utilisation d’un recyclat de laine de roche comme source à la fois de Al₂O₃, CaO et MgO pour la fabrication d’une laine minérale.

Il est connu de « recycler » un mélange de laine minérale en le faisant fondre dans un four verrier en vue de le fibrer de nouveau. Parmi les nombreux avantages d’un tel recyclage des déchets de laine minérale, on compte notamment l’amélioration du rendement énergétique du four verrier, le mélange de laine minérale collecté étant plus facile à fondre qu’une composition « classique » de matières premières comprenant entre autres de grandes quantités de silice.

Une laine minérale est caractérisée par un enchevêtrement de fibres discontinues, ce qui la distingue de fibres continues généralement destinées au renfort de matières organiques ou inorganiques (par exemple le ciment). La laine minérale peut comprendre un ou plusieurs types de fibres issues de leur production (déchets usines), par exemple au cours de la découpe et/ou de la mise au rebut des matelas de laine minérale, ou de chantiers (déchets de chantier de construction ou déchets issus de chantiers de déconstruction) et/ou de filières de recyclage permettant de récupérer de telles fibres minérales dans des produits finaux, qu’ils soient ou non usagés. D’autres types de matières peuvent être associées aux fibres minérales, par exemple des films papier, à base d’aluminium ou bitumineux, des éléments de palettes en bois.

De telles fibres minérales peuvent en particulier être obtenues à partir de matières premières traditionnellement utilisées dans l’industrie verrière ou à partir de roches basaltiques. On parle alors respectivement de laine de verre et de laine de roche. Ces deux types de laine minérale diffèrent l’une de l’autre de par leur composition, de par leur procédé de fusion, mais aussi de par le procédé de fibrage associé.

Au sens de l’invention, une laine minérale présente une composition chimique comprenant les constituants suivants :

SiO2 : 30 à 75% en masse,

CaO+MgO : 5 à 45% en masse,

Al2O3 : 0 à 30% en masse,

Na2O+K2O : 0 à 20% en masse,

Fe2O3 : 0 à 20% en masse,

B2O3. : 0 à 14% en masse,

MnO : 0 à 4% en masse.

L’appellation laine de roche fait généralement référence à des laines minérales présentant des fibres dont la composition chimique comprend les constituants suivants :

SiO2 : 30 à 50% en masse,

Al2O3 : 10 à 22% en masse,

CaO+MgO : 20 à 45% en masse,

Fe2O3 : 0 à 20% en masse,

Na2O+K2O : 0 à 10% en masse,

B2O3 : 0 à 1% en masse.

Par contraste, l’appellation laine de verre fait généralement référence à des laines minérales présentant des fibres dont la composition chimique comprend les constituants suivants :

Pour les laines de verre dites basse alumine :

SiO2 : 50 à 75% en masse,

Al2O3 : 0 à 8% en masse,

CaO+MgO : 5 à 20% en masse,

Fe2O3 : 0 à 3% en masse,

Na2O+K2O : 6 à 20% en masse,

B2O3 : 0 à 14% en masse,

MnO : 0 à 4% en masse ;

Pour les laines de verre dites haute alumine :

SiO2 : 35 à 55% en masse,

Al2O3 : 16 à 27% en masse,

CaO+MgO : 3 à 30% en masse,

Fe2O3 : 0 à 15% en masse,

Na2O+K2O : 5 à 17% en masse,

B2O3 : 0 à 5% en masse.

Dans la présente demande, les compositions sont exprimées sous forme d’oxyde par convention. En particulier, si l’on exprime la teneur (totale) en oxyde de fer sous la forme Fe2O3, cela ne signifie pas que cet oxyde de fer est nécessairement et exclusivement présent sous la forme ferrique. L’oxyde de fer peut être présent à la fois sous ses formes ferrique (Fe2O3) et ferreuse (FeO), et c’est par pure convention que l’on désigne par Fe2O3 la teneur totale en oxyde de fer.

De préférence, la somme des concentrations massiques en SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, Na2O, K2O et MnO dans la composition de matières premières selon l’invention et dans les compositions de laine décrites dans la présente demande est supérieure ou égale à 90%, voire supérieure ou égale à 95%.

Il est bien entendu que les laines minérales décrites ci-dessus peuvent comprendre d’autres oxydes, en général présents à l’état de traces, tels que P2O5 ou TiO2.

La fusion de roche (basalte ou laitier de hauts fourneaux) nécessite généralement un chauffage des matières premières à des températures significativement plus élevées que la fusion des matières premières dites verrières. Elle est traditionnellement mise en œuvre dans des fours de type cubilot, chauffés avec de grandes quantités de coke à des températures voisines de 1500°C. Les fours à réfractaires, utilisés classiquement pour la fusion des matières premières verrières, ne supportent en effet pas les températures élevées nécessaires à la fusion de la roche.

De même, les procédés de fibrage de ces laines minérales dépendent directement de leur composition respective, et ne sont donc pas interchangeables.

Ainsi, le procédé de fibrage couramment utilisé pour produire de la fibre de roche est le procédé dit par centrifugation externe. Pour ce dernier, la matière à fibrer est déversée à l’état fondu sur la bande périphérique de roues de centrifugation mues en rotation, est accélérée par ces roues, s’en détache, et est transformée pour partie en fibres sous l’effet de la force centrifuge, un courant gazeux étant émis tangentiellement à la bande périphérique des roues de manière à prendre en charge la matière fibrée en la séparant de la matière non fibrée et à l’acheminer vers un organe récepteur. On peut par exemple se reporter, pour le fibrage par centrifugation externe, à la demande de brevet EP195725.

Un tel procédé de fibrage de laine de roche est à distinguer de celui couramment utilisé pour fibrer une laine de verre (type verre basse alumine ou verre haute alumine), dit procédé de fibrage par centrifugation interne. Il consiste à introduire un filet de la matière étirable à l’état fondu dans un centrifugeur, encore appelé assiette de fibrage, tournant à grande vitesse. Une telle assiette de fibrage peut alternativement être équipée ou non d’un fond et est percée à sa périphérie par un très grand nombre d’orifices par lesquels la matière est projetée sous forme de filaments sous l’effet de la force centrifuge. Au moyen d’un brûleur de forme annulaire, ces filaments sont alors soumis à l’action d’un courant annulaire gazeux d’étirage à température et vitesse élevées (pouvant atteindre 1000°C voire 1200 °C pour la température, et 250 m/s pour la vitesse, en fonction du produit souhaité) longeant la paroi du centrifugeur qui les amincit et les transforme en fibres.

Il existe donc des différences notables entre la laine de roche et la laine de verre, tant au regard de leur composition, de leur procédé de fusion, des propriétés physiques (qui en découlent) de la matière fondue sortant du four (température, viscosité etc.), et du procédé de fibrage associé. Concernant ce dernier aspect, il convient de noter qu’une composition type laine de roche ne peut techniquement pas être fibrée par centrifugation interne, de même qu’une composition type laine de verre ne peut techniquement pas être fibrée par centrifugation externe.

Au regard de ces différences techniques, et dans le contexte d’un recyclage de fibres usagées, il est donc naturel pour une personne du métier de dédier le recyclage de laine de roche à la production de laine de roche exclusivement, et de dédier le recyclage de laine de verre à la production de laine de verre exclusivement, sans jamais envisager de mélanger ces deux domaines techniques distincts.

Le cloisonnement strict existant entre l’utilisation des déchets de laine de verre d’une part, et des déchets de laine de roche d’autre part, présente cependant l’inconvénient de complexifier les filières d’approvisionnement associées, en multipliant les lieux de stockage et/ou les distances de transport ou d’effectuer un tri en amont de la mise dans le bain de fusion.

L’invention revendiquée vise à fournir une solution technique aux inconvénients décrits ci-dessus. Plus particulièrement, dans au moins un mode de réalisation, la technique proposée se rapporte à une composition de matières premières adaptée pour être fondue et fibrée par centrifugation interne pour l’obtention d’une laine minérale, en particulier de laine de verre, caractérisée en ce que ladite composition de matières premières comprend de 1% à 50% (par exemple de 1% à 40%, voire de 10% à 40%) en masse de recyclat de laine de roche.

Au sens de l’invention, une composition de matières premières est adaptée pour être fibrée par centrifugation interne dès lors que la température (Tlog 3) du bain de verre, pour une viscosité dynamique de Log 3 Poises, est inférieure à 1400°C, préférentiellement inférieure à 1300°C, plus préférentiellement inférieure à 1250°C, mieux encore inférieure à 1200°C, et que la différence (Tlog3 – Tliq) entre la température correspondant à la valeur de viscosité Log 3 Poises et la température de cristallisation du verre (également appelée température du liquidus) est supérieure à 35°C, préférentiellement supérieure à 70°C, plus préférentiellement supérieure à 100 °C. De manière connue dans le domaine de la fusion du verre, la viscosité dynamique s’exprime en Log N Poises, ce qui correspond à 10^NPoises (et 1 Poise = 0,1 Pa.s), chaque valeur de viscosité correspondant à une température donnée du bain de verre. La viscosité dynamique peut être mesurée à l’aide d’un viscosimètre adapté au verre.

L’invention repose sur le concept consistant à introduire un recyclat de laine de roche dans une composition de matières premières destinée à être fondue puis fibrée par centrifugation interne, procédé de fibrage usuellement réservé à la production de laine minérale, en particulier de laine de verre. L’ajout de recyclats de laine de roche qui, de par leur composition, ne sont initialement pas adaptés à un fibrage par centrifugation interne, introduit une difficulté technique supplémentaire pour une personne du métier en charge de la fusion et du fibrage. En dépit de ces difficultés techniques, un tel ajout permet à un opérateur de gagner en flexibilité dans le choix des matières premières à utiliser, et ainsi de saisir des opportunités pouvant être offertes temporairement par des filières de recyclage organisées à proximité des installations de fusion et de fibrage.

La solution proposée par cette invention présente également l’avantage d’être à la fois économique et écologique. En effet, la laine de verre est habituellement fabriquée à partir de matières premières naturelles, telles que le feldspath, la dolomie et la chaux, qui sont coûteuses et/ou émettrices de CO₂ et/ou pénalisant le rendement matière de fusion de la composition verrière. L’utilisation de recyclat de laine de roche comme une source riche en Al₂O₃, CaO et MgO permet de réduire l’utilisation de ces matières premières. Les plus faibles quantités de CO₂et d’eau émises au cours de la fabrication de la laine de verre utilisant la laine de roche recyclée, permettent en outre d’améliorer le rendement de matière, c’est-à-dire le rapport entre la quantité de matières premières introduite et la quantité de verre fondu obtenu à l’issue de la fusion de la composition de matières premières. L’utilisation de la laine de roche permet également de diminuer l’énergie nécessaire à la fusion de la composition de matières premières.

Ainsi, la présente invention porte également sur une utilisation d’un recyclat de laine de roche comme source à la fois de Al₂O₃, CaO et MgO pour la fabrication d’une laine minérale, en particulier de laine de verre.

Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend un pourcentage massique de laine de roche de 2% à 38%, par exemple de 5% à 35%, de 10% à 30%, de 15% à 25%, de 20% à 38%, ou de 25% à 38%.

Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend un pourcentage massique de recyclat de laine de roche de 1% à 9 %.

Selon un autre mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend un pourcentage massique de recyclat de laine de roche de 10% à 40 %.

Le recyclat de laine de roche englobe la laine de roche, mais également des formes dérivées telles qu’une laine de roche broyée ou chauffée pour former des agglomérats de verre roche.

Selon un mode de réalisation particulier, le recyclat de laine de roche entrant dans ladite composition de matières premières est une laine de roche au moins en partie liée. Au sens de l’invention, l’expression « laine de roche liée » désigne ici de la laine minérale constituée de fibres minérales portant à leur surface un liant organique, déjà réticulé. Alternativement, la laine de roche peut être enrobée d’une mince couche d’ensimage ou de lubrifiant.

Selon un mode de réalisation particulier, le recyclat de laine de roche entrant dans ladite composition de matières premières est une laine de roche au moins en partie vierge. Au sens de l’invention, l’expression « laine de roche vierge » désigne la laine de roche obtenue par centrifugation externe, dont les fibres ne sont pas liées les unes aux autres au moyen d’un liant organique, par opposition à une laine de roche liée. Une telle laine de roche vierge est typiquement utilisée en tant que laine à souffler pour l’isolation de combles, ou laine à projeter pour l’isolation en sous face de dalle.

Selon un mode de réalisation particulier, le recyclat de laine de roche présente la composition suivante, en pourcentage massique :

SiO2 : 30 à 50%,

Al2O3 : 10 à 22%,

CaO+MgO : 20 à 45%,

Fe2O3 : 0 à 20%,

Na2O+K2O : 0 à 10%,

B2O3 : 0 à 1%.

Selon un mode de réalisation plus particulier, le recyclat de laine de roche présente la composition suivante, en pourcentage massique :

SiO2 : 40 à 48%,

Al2O3 : 15 à 17%,

CaO+MgO : 24 à 33%,

Fe2O3 : 5 à 12 %,

Na2O+K2O : 2 à 4%,

B2O3 : 0 à 1%.

La description détaillée fait état de trois compositions exemples de recyclats de laine de roche, sous les dénominations « laine de roche 1 » « laine de roche 2 », et « laine de roche 3 » (compositions décrites dans les exemples ci-dessous) qui entrent dans ces plages de composition et sont couramment utilisées dans l’industrie de l’isolation. De tels déchets peuvent donc être collectés sur de nombreux sites de production et/ou chantiers de construction/déconstruction.

Selon un mode de réalisation particulier, le recyclat de laine de roche présente une composition sans bore. Une telle composition trouve notamment une application dans l’industrie de l’isolation.

Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend du calcin ménager et/ou du calcin de verre plat. L’ajout de calcin ménager et/ou de verre plat permet de gagner en flexibilité dans le choix des matières premières à utiliser.

Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend de 0% à 20%, par exemple de 0% à 15% voire de 0% à 10% de Fe2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières. Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend au moins 2%, préférentiellement au moins 5% de Fe2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières. Une teneur accrue en Fe2O3 de la composition de matières premières permet après fibrage d’accroître la température maximum de service de la fibre obtenue. En d’autres termes, une telle fibre présente une meilleure tenue à des températures plus élevées.

Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend de 0% à 25%, par exemple de 0% à 15% voire de 0% à 10% d’Al2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières. Selon un mode de réalisation particulier ladite composition de matières premières comprend au moins 2%, plus préférentiellement au moins 5%, plus préférentiellement au moins 10%, plus préférentiellement au moins 20% d’Al2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.

Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend de 20% à 75%, par exemple de 30% à 75% ou de 20% à 60% de SiO2, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.

Plus particulièrement, la composition de matières premières peut comprendre de 37% à 75% (par exemple de 37% à 60%, ou de 50% à 75%) de SiO2, de 0% à 8% (par exemple de 0% à 6%) de Al2O3, et de 0% à 3% de Fe2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.

En variante, la composition de matières premières peut comprendre de 26% à 55% (par exemple de 26% à 41% ou de 35 à 55%) de SiO2, de 12% à 27% (par exemple de 16% à 27% ou de 12% à 24%) d’Al2O3, et de 0% à 15% (par exemple de 0% à 12%) de Fe2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.

Selon un mode de réalisation particulier, la laine minérale (i.e. laine minérale cible) comprend, en pourcentages massiques :

SiO2 : 30 à 75%, par exemple 39 à 70%,

Al2O3 : 0 à 30%, par exemple 1 à 25%,

CaO+MgO : 5 à 45%, par exemple 9 à 22%,

Fe2O3 : 0 à 20%, par exemple 0 à 10%,

Na2O+K2O : 0 à 20 %, par exemple 1 à 18%,

B2O3 : 0 à 14%,

MnO : 0 à 4%.

Plus particulièrement, la laine minérale (i.e. laine minérale cible) peut comprendre, en pourcentages massiques :

SiO2 : 50 à 75%, par exemple 60 à 70%,

Al2O3 : 0 à 8%, par exemple 1 à 5%,

CaO+MgO : 5 à 20%, par exemple 9 à 14%,

Fe2O3 : 0 à 3%, par exemple 0 à 1 %,

Na2O+K2O : 6 à 20%, par exemple 12 à 18 %,

B2O3 : 0 à 14%,

MnO : 0 à 4%.

En variante, la laine minérale (i.e. laine minérale cible) peut comprendre, en pourcentages massiques :

SiO2 : 35 à 55%, par exemple 40 à 50%

Al2O3 : 16 à 27%, par exemple 17 à 25%

CaO+MgO : 3 à 30%, par exemple 14 à 22%

Fe2O3 : 0 à 15%, par exemple 1 à 8%

Na2O+K2O : 5 à 17%, par exemple 10 à 14%

B2O3 : 0 à 5%, par exemple 0 à 2%.

Il est à noter qu’une personne du métier dispose des connaissances générales pour, sur la base d’essais de routine, adapter le reste de la composition de matières premières de sorte que cette dernière satisfasse aux spécifications techniques d’un fibrage par centrifugation interne.

L’invention se rapporte de plus à un procédé comprenant une étape de fusion dans un four verrier d’une composition de matières premières telle que définie dans la présente demande.

De manière connue, une telle composition de matières premières peut être fondue dans un four verrier à brûleurs immergés et/ou émergés, dans un four électrique, et/ou dans un four hybride mettant à la fois en œuvre au moins un brûleur et des électrodes. En sortie de four, la composition fondue peut soit être immédiatement fibrée par centrifugation interne, soit être refroidie et transformée en calcin, pour être plus tard (de manière subséquente) de nouveau fondue et fibrée par centrifugation interne pour l’obtention d’une laine minérale.

L’invention se rapporte de plus à un procédé de fabrication de laine minérale caractérisé en ce qu’il met en œuvre un tel procédé de fusion et une étape subséquente de fibrage par centrifugation interne de la composition de matières premières fondue.

L’invention se rapporte de plus à une laine minérale obtenue selon un tel procédé de fabrication.

Une méthode générale pouvant être mise en œuvre par un opérateur de four pour élaborer une composition de matières premières selon l’invention est détaillée dans la suite de la description.

Au cours d’une première étape, une composition cible qui satisfait les critères de viscosité pour être fibrée par centrifugation interne est sélectionnée. Au sens de l’invention, une telle composition est adaptée pour être fibrée par centrifugation interne si la température (Tlog 3) du bain de verre, pour une viscosité dynamique de Log 3 Poises, est inférieure à 1400°C, préférentiellement inférieure à 1300°C, plus préférentiellement inférieure à 1250°C, mieux encore inférieure à 1200°C, et que la différence (Tlog3 – Tliq) entre la température correspondant à la valeur de viscosité Log 3 Poises et la température de cristallisation du verre (également appelée température du liquidus) est supérieure à 35°C, préférentiellement supérieure à 70°C, plus préférentiellement supérieure à 100 °C.

Afin d’aider à la sélection de cette composition cible, un opérateur de four fait appel à des modèles mettant en relation la composition chimique et la viscosité dynamique d’un mélange, tels que ceux communément utilisés par les industries du verre.

Dans un contexte industriel et de manière connue, d’autres considérations peuvent également être prises en compte dans la sélection de la composition cible, telles que le coût final de la composition, l’énergie requise pour la fusion de cette dernière, et le respect de certaines plages de concentration en composés chimiques.

Au cours d’une deuxième étape, l’opérateur élabore son mélange en prenant en compte la composition chimique respective de chacune des matières premières à sa disposition, et ajuste les proportions relatives de chacune de ces matières premières pour obtenir la composition cible.

Ces matières premières peuvent alternativement ou en combinaison se présenter sous la forme d’oxydes purs, de sels (tels que le carbonate de sodium, la potasse, ou le borax), de matières premières naturelles (sables siliciques, dolomie, calcaire, stériles, scories, bauxite, feldspath, anorthosite, félithe, etc.) qui sont déjà des combinaisons d’oxydes, de déchets de laine de verre et/ou de roche, qui peuvent être issus de la production desdites fibres ou de chantiers (construction ou déconstruction), de combustibles liquides ou solides éventuels (plastique de matériau composite ou non, matières organiques, charbons), et de tout type de calcin de verre. Sont également inclus des matériaux recyclables contenant des éléments combustibles (organiques) tels que par exemple, les fibres minérales (du type de celles utilisées dans le renforcement), les vitrages feuilletés avec des feuilles de polymère du type polyvinyle de butyral tels que des parebrises, des bouteilles en verre (calcin ménager), ou tout type de matériau « composite » associant du verre et des matériaux plastiques tels que certaines bouteilles. Sont également recyclables les « composites verre-métal ou composés métalliques » tels que vitrages fonctionnalisés avec des revêtements contenant des métaux.

A noter que selon un mode de réalisation alternatif, un opérateur commence par prendre en compte la composition respective de chacune des matières premières à sa disposition pour par la suite ajuster les proportions relatives de ces dernières et, de manière empirique, déterminer et obtenir une composition cible qui, sur la base des modèles à sa disposition, satisfait aux critères de viscosité pour être fibrée par centrifugation interne.

Une fois la composition cible obtenue, elle est enfournée dans un four verrier pour y être fondue. La composition ainsi fondue est par la suite fibrée par centrifugation interne afin de former une laine minérale.

Exemples

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lumière des exemples suivants, qui sont donnés à titre purement illustratif et n’ont pas pour but de limiter la portée de l’invention, définie par les revendications annexées.

Exemple 1 : Fibrage de verre basse alumine

Les quatre compositions cibles de laine de verre basse alumine décrites dans le Tableau 1 ci-dessous sont sélectionnées par un opérateur de four.

	Compositions cibles
	1 (%m.)	2 (%m.)	3 (%m.)	4 (%m.)
SiO2	65	65	62,3	65,1
Al2O3	3,6	2,3	2,5	2,15
CaO	6,4	8,2	9,8	7,5
MgO	4,3	4,3	3,3	2,7
Fe2O3	0,74	0	0,04	0,52
Na2O	14,8	15,4	14,5	16,6
K2O	1,8	0,9	0,5	0,65
B2O3	0	3,9	6,8	4,2
MnO	3,01	0	0	0,27
Tliq exp (°C)	1020	914	947	905
Tlog3 exp (°C)	1183	1095	1053	1065
Tlog3 – Tliq (°C)	163	182	106	147

%m. : % massique

Pour ces quatre compositions cibles, la température du liquidus (Tliq) peut être approximée à partir des mesures expérimentales disponibles dans la littérature et la température Tlog3 peut être calculée à partir du modèle de Fluegel (A. Fluegel, « Glass Viscosity Calculation Based on a Global Statistical Modeling Approach », Glass Technol. : Europ. J. Glass Sci. Technol. A, vol. 48, 2007, no. 1, p 13-30.). Les valeurs mentionnées dans le Tableau 1 ci-dessus montrent que les quatre compositions cibles sont adaptées au fibrage par centrifugation interne.

Afin d’obtenir ces compositions cibles, l’opérateur dispose comme matières premières notamment de dolomie, sable, carbonate de sodium, borax, calcaire cru, félithe, potasse, manganèse, et de recyclat de laine de roche. Les compositions de trois laines de roche sont détaillées dans le Tableau 2 ci-dessous.

	Laine de roche 1 (%m.)	Laine de roche 2 (%m.)	Laine de roche 3 (%m.)
SiO2	42,6	46,7	41,8
Al2O3	16,6	15,2	15,4
CaO	19,5	14,6	24,9
MgO	12,3	11,1	7,2
Fe2O3	5,5	7,8	5,5
Na2O	1,6	2,0	1,5
K2O	0,9	1,0	1,3
B2O3	<1	-	-

Les proportions massiques (%m) de chacune des matières premières sont ajustées, tels que mentionnées dans le Tableau 3 ci-dessous, pour l’obtention des compositions cibles (maximum de 0,2% de déviation par rapport à la composition cible pour les oxydes majoritaires (i.e. cible supérieure à 1% en masse) et maximum de 0,8% par rapport à la composition cible pour les oxydes minoritaires (i.e. cible inférieure à 1% en masse)).

	1 (%m.)	2 (%m.)	3 (%m.)	4 (%m.)
Laine de roche 1	20	-	14	-	15	-	-	-	-
Laine de roche 2	-	15	-	10	-	10	-	-	-
Laine de roche 3	-	-	-	-	-	-	1	2	4
Sable	56,5	54,2	59,2	57,9	56,1	54,5	9,2	9,3	9,3
Carbonate de sodium	24,7	24,6	22,9	22,9	19,2	19,1	7,0	7,1	7,3
Borax pentahydrate	-	-	8	8	14	14	8,3	8,3	8,3
Calcaire cru	-	-	3,4	4,1	8,9	9,7	0,9	0,7	-
Félithe	-	5,8	-	3,9	-	4,9	-	-	-
Dolomie	4,5	6,5	6,4	7,9	3,5	5,3	0,3	-	-
Potasse	2,3	2	1,1	0,9	0,5	0,3	-	-	-
Manganèse	3,8	3,8	-	-	-	-	0,5	0,5	0,5
Feldspath	-	-	-	-	-	-	5,7	5,0	3,5
Calcin interne (déchets de verre)	-	-	-	-	-	-	5,6	5,6	5,6
Calcin verre plat	-	-	-	-	-	-	61,5	61,5	61,5

Partant de chacune des compositions de laine de roche 1, 2 et 3, en y ajoutant des matières premières adaptées, les inventeurs ont ainsi pu obtenir des compositions cibles de laines basse alumine qui présentent une concentration massique en fibres de roche de 1 à 20% dans le mélange vitrifiable, tout en satisfaisant les critères nécessaires à un fibrage par centrifugation interne. Les inventeurs ont également démontré que l’utilisation de la laine de roche permettait de diminuer voire de s’affranchir de certaines matières premières émettrices de CO2 (e.g. calcaire et dolomie : 0% pour la composition cible 4 utilisant 4% de laine de roche) ou coûteuses (e.g. feldspath).

Exemple 2 : Fibrage de verre haute alumine

Les deux compositions cibles de laine de verre haute alumine suivantes décrites dans le Tableau 4 ci-dessous sont sélectionnées par un opérateur de four.

	Composition cible 5 (%m.)	Composition cible 6 (%m.)
SiO2	48,6	43,0
Al2O3	17,8	23,3
CaO	15,5	14,2
MgO	5,2	1,75
Fe2O3	2,2	5,65
Na2O	7,2	6,6
K2O	3,0	4,0
Tliq exp (°C)	1154	1170
Tlog3 exp (°C)	1189	1215
Tlog3 – Tliq (°C)	35	45

Pour ces deux compositions cibles, la température du liquidus (Tliq) et la température Tlog3 peuvent être déterminées comme indiqué dans l’exemple 1. Les valeurs mentionnées dans le Tableau 4 ci-dessus montrent que les deux compositions cibles sont adaptées au fibrage par centrifugation interne.

Afin d’obtenir ces compositions cibles, l’opérateur dispose comme matières premières notamment de dolomie, de bauxite, calcaire, potasse, sable, carbonate de soude, oxyde de fer, et de recyclat de laine de roche. Les compositions de deux laines de roche sont détaillées dans le Tableau 2 ci-dessus.

Les proportions massiques (%m) de chacune des matières premières sont ajustées, tels que mentionnées dans le Tableau 5 ci-dessous, pour l’obtention des compositions cibles.

	5 (%m.)	6 (%m.)
Laine de roche 1	37	-	13	-
Laine de roche 2	-	25	-	15
Bauxite	16,5	19,8	30	29,7
Dolomie	2,2	10,3	-	-
Calcaire	13,6	15,5	10,6	21,2
Potasse	3,8	3,9	5,5	5,4
Sable	29,5	32,8	31,3	29,9
Carbonate de soude	11,5	11,6	11	10,8
Oxyde de fer	-	-	4,5	4,1

Partant de chacune des compositions de laine de roche 1 et 2, en y ajoutant des matières premières adaptées, les inventeurs ont ainsi pu obtenir des compositions cibles qui présentent une concentration massique en fibres de roche de 13 à 37%, tout en satisfaisant les critères nécessaires à un fibrage par centrifugation interne.

Exemple 3 : Gains économiques et énergétiques

Le tableau 6 ci-dessous illustre les gains de matières premières (« MP ») réalisés par l’introduction de recyclat de laine de roche, pour une tonne de verre produite (i.e. après fusion de la composition de matières premières, et avant fibrage) pour la composition de matières premières utilisée pour obtenir la composition cible 4 (cf tableau 3).

	Composition cible 4
	0%*	1%*	2%*	4%*
Total MP entrantes (kg) / tonne de verre	1077,1	1074,8	1072,7	1071,3
Gain MPvs0% recyclat de laine de roche	-	-0,2%	-0,4%	-0,5%
Gain MPvsquantité de laine de roche recyclée	-	-21,3%	-20,6%	-13,5%

*Pourcentage massique de recyclat de laine de roche 3 dans la composition de matières premières (cf tableau 3)

L’utilisation de laine de roche dans une composition de matières premières pour la fabrication d’une laine minérale permet d’améliorer le rendement matière. Par exemple, pour former une tonne de verre fondu (qui conduit à une laine minérale après fibrage) ayant la composition cible 4, 1071,3 kg de matières premières sont nécessaires avec 4% de laine de roche, contre 1077,1 kg sans laine de roche.

Le tableau 7 ci-dessous illustre les gains en termes d’émission de CO2 (scope 1) par tonne de verre produite, pour la composition de matières premières utilisée pour obtenir la composition cible 4 (cf tableau 3), en considérant les trois principaux contributeurs d’émissions de CO2 (scope 1):

- la dolomie, qui a un facteur d’émission de CO2 de 0,47 t CO2 / t MP,

- le carbonate de sodium, qui a un facteur d’émission de CO2 de 0,41 t CO2 / t MP,

- le calcaire cru, qui a un facteur d’émission de CO2 de 0,41 t CO2 / t MP.

	Composition cible 4
	0%*	1%*	2%*	4%*
kg CO2 / t verre fondu	38,5	36,5	34,5	31,9
Gain tonne de CO2vs0%	-	-5%	-10%	-17%
Gain tonne de CO2vsquantité de laine de roche recyclée	-	-19%	-19%	-15%

*Pourcentage massique de recyclat laine de roche 3 dans la composition de matières premières (cf tableau 3)

L’utilisation de laine de roche dans une composition de matières premières pour la fabrication d’une laine minérale permet de diminuer les émissions de CO2 (scope 1). Par exemple, pour former un verre fondu (qui conduit à une laine minérale après fibrage) ayant la composition cible 4, l’introduction de 1% à 4% de laine de roche permet de diminuer de 5% à 17% les émissions de CO2, notamment CO2 (scope 1).

Claims

Composition de matières premières adaptée pour être fondue et fibrée par centrifugation interne pour l’obtention d’une laine minérale, caractérisée en ce qu’elle comprend de 1% à 50% en masse de recyclat de laine de roche.
Composition de matières premières selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins 2%, préférentiellement au moins 5% de Fe2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.
Composition de matières premières selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins 2%, préférentiellement au moins 5% d’Al2O3, en masse par rapport à la masse de matières solides de la composition de matières premières.
Composition de matières premières selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le recyclat de laine de roche présente la composition suivante, en pourcentage massique :
SiO2 : 30 à 50%,
Al2O3 : 10 à 22%,
CaO+MgO : 20 à 45%,
Fe2O3 : 0 à 20%,
Na2O+K2O : 0 à 10%,
B2O3 : 0 à 1%.
Composition de matières premières selon la revendication 4, caractérisée en ce que le recyclat de laine de roche présente la composition suivante, en pourcentage massique :
SiO2 : 40 à 48%,
Al2O3 : 15 à 17%,
CaO+MgO : 24 à 33%,
Fe2O3 : 5 à 12 %,
Na2O+K2O : 2 à 4%,
B2O3 : 0 à 1%.
Composition de matières premières selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu’elle comprend de 1 à 40%, par exemple de 10 à 40% en masse de recyclat de laine de roche.
Composition de matières premières selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite laine minérale comprend, en pourcentages massiques :
SiO2 : 30 à 75%, par exemple 39 à 70%,
Al2O3 : 0 à 30%, par exemple 1 à 25%,
CaO+MgO : 5 à 45%, par exemple 9 à 22%,
Fe2O3 : 0 à 20%, par exemple 0 à 10%,
Na2O+K2O : 0 à 20 %, par exemple 1 à 18%,
B2O3 : 0 à 14%,
MnO : 0 à 4%.
Composition de matières premières selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite laine minérale comprend, en pourcentages massiques :
a) SiO2 : 50 à 75%, par exemple 60 à 70%,
Al2O3 : 0 à 8%, par exemple 1 à 5%,
CaO+MgO : 5 à 20%, par exemple 9 à 14%,
Fe2O3 : 0 à 3%, par exemple 0 à 1 %,
Na2O+K2O : 6 à 20%, par exemple 12 à 18 %,
B2O3 : 0 à 14%,
MnO : 0 à 4 % ;
ou
b) SiO2 : 35 à 55%, par exemple 40 à 50%
Al2O3 : 16 à 27%, par exemple 17 à 25%
CaO+MgO : 3 à 30%, par exemple 14 à 22%
Fe2O3 : 0 à 15%, par exemple 1 à 8%
Na2O+K2O : 5 à 17%, par exemple 10 à 14%
B2O3 : 0 à 5%, par exemple 0 à 2%.
Procédé comprenant une étape de fusion dans un four verrier d’une composition de matières premières selon l’une des revendications 1 à 8.
Procédé de fabrication de laine minérale caractérisé en ce qu’il met en œuvre un procédé de fusion selon la revendication 9, et une étape subséquente de fibrage par centrifugation interne de la composition de matières premières fondue.
Laine minérale obtenue selon un procédé de fabrication selon la revendication 10.
Utilisation d’un recyclat de laine de roche comme source à la fois de Al₂O₃, CaO et MgO pour la fabrication d’une laine minérale.