Solutions de pointe pour des valeurs maximales de finesse

La technologie de broyage comme facteur de qualité dans la fabrication du noir de carbone

Le noir de carbone, ou plutôt la suie industrielle spécialement fabriquée, se trouve dans les pneus automobiles, les plastiques et dans de nombreux autres produits technochimiques. Les exigences pour la qualité exacte de cette substance de base chimique sont tout aussi diverses que les zones d'application. La méthode de broyage est très importante dans la définition de la spécification pour le procédé de fabrication. Ceci s'applique en particulier - indépendamment du procédé de production - aux valeurs maximales de finesse du produit final. Les solutions actuelles à cet égard ont entretemps atteint les limites de la faisabilité mécanique.

De nos jours, lorsque les pneus de voiture haute performance sont extrêmement résistants à l'abrasion, les rayons UV et les températures élevées, cela est principalement dû à un matériau de base industriel important, à savoir le noir de carbone. Cette suie industrielle spécialement fabriquée, améliore également les propriétés mécaniques des plastiques et détermine les propriétés caractéristiques de nombreux autres produits chimiques. Les conditions requises sont des qualités précisément définies et, dans certains cas, des valeurs maximales de pureté finale.

Afin que ce matériau de haute performance, avec des caractéristiques de reproductibilité exacte et internationalement normalisées, puisse être produit à partir d'hydrocarbures, des procédés de fabrication élaborés sont nécessaires. Nous pouvons faire une distinction essentielle entre deux procédés fondamentaux : la combustion incomplète et la pyrolyse, pour lesquels il est possible de contrôler précisément la qualité et la finesse recherchée du produit final. Avec les deux procédés, la technique de broyage utilisée joue un rôle central à cet égard. Cependant, compte tenu du fait que la combustion incomplète et la pyrolyse soient des procédés complètement différents, des solutions technologiques séparées sont nécessaires dans chaque cas.

Techniques de broyage et de sélection dans le cas d'une combustion incomplète

Comme la désignation allemande "suie industrielle" l'implique, le noir de carbone consiste en de la suie et donc des hydrocarbures incomplètement brûlés. La combustion incomplète, par exemple, du pétrole brut lourd ou léger est donc le procédé de fabrication classique. D'une manière générale, des efforts sont faits pour obtenir un noir de carbone extrêmement pur pour l'utilisation, par exemple, comme charge pour des produits en caoutchouc de haute qualité. Pour atteindre cet objectif, les particules de suie sont séparées tout d'abord, après le procédé de combustion, dans un filtre. Cependant, les particules de suie contiennent toujours de nombreux morceaux à ce point.

Ces grains doivent être éliminés. Les particules sont donc acheminées jusqu'à un système de broyage en ligne en aval ou sont classifiées par un sélecteur à air.

Les broyeurs à marteaux à grande vitesse sont habituellement utilisés pour cela. Cependant, cette technologie établie présente un inconvénient décisif : elle ne permet qu'une finesse comparativement grossière jusqu'à un niveau de grain de 60 à 70 ppm (parties par million). Pour atteindre les qualités élevées demandées ces jours-ci, les broyeurs sélecteurs sont donc une solution bien meilleure.

En conséquence, Hosokawa a développé la nouvelle solution E-ACM, destinée aux applications de noir de carbone. La machine, disponible en différentes tailles de 10 HP à 300 HP, permet d'obtenir un grain de 45 μm (325 mesh) pour seulement 5 à 2 ppm, ce qui repousse les limites de la faisabilité mécanique. La sélection des particules est réalisée ensuite à la taille souhaitée.

Broyage et sélection dans une seule machine

Ce nouveau développement spécifique pour cette l'application fait partie de la gamme de broyeurs sélecteurs ACM. Comme tous les modèles de cette gamme, il se caractérise par la combinaison du broyage et de la sélection dans une seule machine. Le produit alimenté pneumatiquement entre tout d'abord dans la zone de broyage dans la partie inférieure de la machine. Le broyage provient du fait que les particules du produit, accélérées par le plateau en rotation, sont impactées entre les batteurs et l'anneau stator. Une caractéristique exceptionnelle de l'E-ACM est le rotor spécial qui permet d'étendre la zone de broyage et d'améliorer ainsi encore plus l'efficacité du broyage.

L'air de traitement, traversant le broyeur grâce au ventilateur en aval, qui sert à refroidir, transporter et faire la sélection, entraîne le produit d'alimentation vers la zone de classification dans la partie supérieure de la machine où est située la roue de sélection avec un système d'entrainement séparé. La force centrifuge de la roue en rotation et la force centripète opposée de l'air ainsi que la masse variable des particules réalisent une séparation mécanique avec une fraction grossière et une fine. Le matériau grossier est rejeté par la roue de sélection et retourne dans la zone de broyage pour le broyage final. Les fines traversent la roue de sélection et sortent du broyeur sélecteur. Le point de coupure est déterminé en fonction de la vitesse de roue de sélection et peut également être réglé durant l'opération.

L'un des principaux avantages de ce procédé combiné broyage sélection est qu'aucune quantité de produit n'est perdue. En revanche, un sélecteur conventionnel ne classe qu'environ 15 à 20 pour cent du produit, répartis au mieux sur des qualités plus faibles. D'autres avantages résultent de la faible consommation d'énergie et de la facilité de la manipulation par rapport à d'autres procédés de broyage.

Broyage à jets d'air opposés dans le cas de pyrolyse

La production de noir de carbone par pyrolyse définit des exigences complètement différentes pour le système de broyage à utiliser. Avec cette technologie relativement nouvelle, l'objectif est de récupérer les matières premières contenues dans les vieux pneus au moyen du recyclage. À cette fin, des températures de plusieurs centaines de degrés Celsius en l'absence d'oxygène sont utilisées pour extraire des composés organiques des granulés du caoutchouc vulcanisé. Outre l'huile et les gaz purs, le noir de carbone reste comme un produit de la pyrolyse. La part des résidus de cendres dans cette étape intermédiaire, cependant, est beaucoup plus élevée qu'après une combustion incomplète. Le produit est en outre plus dur. Comme on pourrait s'y attendre, le traitement en aval par broyage est beaucoup plus complexe et nécessite beaucoup d'énergie dans ce cas.

Parce que les systèmes de broyage mécaniques ne sont pas à la hauteur de cette tâche, un broyeur à jets d'air opposés tel que le modèle TDG est idéal pour cette application. Dans le cas du broyage à jets d'air, l'air chaud est introduit dans la chambre de broyage à basse pression (3 à 4 bars) par trois à quatre buses spéciales disposées dans un anneau, dans un design particulièrement écoénergétique dans le TDG. Les jets de gaz à haute énergie ainsi générés, accélèrent les particules jusqu'à un point d'intersection au centre de la chambre de broyage où les particules alimentées s'impactent les unes contre les autres à haute vitesse. Le broyage est uniquement le résultat d'une collision interparticulaire dans les jets d'air.

Étant donné qu'il n'y a pas de composants de machine dans la chambre de broyage, l'usure de la machine et la contamination du produit sont évitées. Cela rend le procédé approprié en particulier pour les particules dures et les valeurs de haute pureté qui sont caractéristiques du noir de carbone. Un sélecteur est également intégré au TMD. Le sélecteur breveté dans le broyeur TDG est soutenu par des paliers des deux côtés, ce qui permet des vitesses extrêmement hautes et donc des valeurs de finesse extrêmement élevées avec simultanément une perte de pression la plus basse possible.

Les systèmes de traitement du noir de carbone des procédés de pyrolyse sont généralement configurés comme des systèmes complets avec unité de dosage en amont, broyeur à jets, filtre et ventilateur. L'une des raisons de cela est la complexité des processus, une autre sécurité. Cette application potentiellement explosive exige une technologie spéciale de sécurité contre les explosions ainsi qu'un design spécial. Le broyeur à jets d'air opposés du TMD a été conçu pour ces exigences particulières.

Noir de carbone - un matériau performant

Le noir de carbone s'est développé en un matériau performant, et les exigences de qualité de ce produit - et donc de tout le processus de production - sont proportionnellement élevées. La méthode de broyage joue donc un rôle central, à la fois pour la combustion incomplète et pour la pyrolyse. Les caractéristiques particulières des deux processus nécessitent cependant des solutions complètement différentes. Un broyeur sélecteur conçu spécialement pour cette application, permet ainsi d'atteindre des valeurs maximales de finesse et un niveau de grain extrêmement faible après le processus de combustion incomplet. En revanche, parce que le produit intermédiaire de la pyrolyse n'est pas seulement plus difficile mais plus fortement contaminé, un broyeur à jets d'air opposés est idéal pour atteindre la haute pureté demandée.