Introduction
L'Inde et la Chine sont et resteront les moteurs de la croissance de l'industrie mondiale des pigments. Telle est la conclusion d'une étude réalisée par le département d'études de marché de JM Financial en 2020. L'Inde est également en train d'augmenter considérablement sa demande intérieure et le volume de ses exportations. Avec un taux de croissance du PIB de 11 % prévu pour les cinq prochaines années, les fabricants s'efforcent de répondre aux attentes des utilisateurs finaux qui évoluent constamment en fonction des tendances de la mode. De plus, leur défi est accru par le comportement critique de l'écoulement de leurs poudres tout au long du processus de production. Nous souhaitons présenter ici une série de procédés de broyage qui offrent des solutions adaptées et rentables pour le broyage fin d'une grande variété de pigments secs utilisés dans l'industrie.
Pourquoi le broyage joue un rôle important dans la qualité des pigments :
Les pigments sont présents dans de nombreuses applications. Ils servent à colorer d'autres matériaux tels que la peinture, l'encre, le plastique, le tissu, les cosmétiques et même les aliments. Nous avons d'une part des pigments secs et insolubles, et d'autre part des colorants sous forme de composés liquides ou solubles. En raison de cette forme sèche, l'intensité et la coloration des pigments sont fortement influencées par la finesse et la forme de leurs particules. Un broyage plus efficace peut donc produire un pigment plus intense en améliorant la dispersion du pigment dans la matière colorée. En outre, la taille et la forme spécifiques des particules donnent un aspect particulier à la surface. L'absorption et la réfraction de la lumière sont modifiées, ce qui affecte la coloration.
Critères à prendre en compte lors du choix d'une technologie de broyage :
Comme nous l'avons déjà mentionné, il existe une grande variété de pigments d'origines très différentes. Les plus anciens sont des pigments naturels tels que l'outremer naturel fabriqué à partir de minéraux et le carmin fabriqué à partir d'insectes. Aujourd'hui, la plupart des pigments utilisés sont d'origine synthétique. Les exemples de pigments organiques sont la phtalocyanine ou la quinacridone et les exemples de pigments inorganiques sont l'oxyde de chrome ou l'oxyde de fer.
Selon l'origine, il est évident que chacun de ces pigments est le résultat d'un processus particulier avec des étapes de production spécifiques telles que la purification, la synthèse, l'oxydation, la calcination, la précipitation, etc. Ainsi, pour définir l'opération de broyage qui doit avoir lieu par la suite, il faut toujours tenir compte du comportement et des propriétés du produit résultant de ce processus. Une possibilité est que le pigment présente déjà des particules élémentaires très fines et que le seul processus ultérieur nécessaire est la désagglomération. Dans ce cas, la technologie de broyage à utiliser ne doit pas comporter de vitesse d'impact élevée. L'inverse est également vrai pour les pigments pour émail. Ces matériaux peuvent avoir une dureté allant jusqu'à 9 Mohs et seul le broyage par jet peut être utilisé.
Pour toutes ces raisons, il est nécessaire de connaître les caractéristiques du pigment avant de choisir la technologie de broyage la plus appropriée.
Condux® broyeurs mécaniques à percussion fine
Les broyeurs rotatifs à percussion sont utilisés pour le broyage fin de matériaux tendres et moyennement durs. La zone de finesse typique pour la taille médiane des particules se situe entre 20 et 500 µm. Les vitesses circonférentielles sont comprises entre 25 et 150 m/s. Une version peut également être proposée en contre-rotation avec une vitesse pouvant atteindre 250 m/s. Le flux d'air, qui dépend du type de rotor, assure un broyage stable en température.
Le rotor est monté sur un arbre de transmission horizontal. L'étanchéité de l'arbre est basée sur les vitesses circonférentielles élevées de l'arbre avec des labyrinthes sans contact. Le produit est alimenté de manière centralisée par la porte et quitte la machine avec l'air, qui assure en même temps les tâches de transport et de refroidissement.
Les caractéristiques de ces broyeurs les rendent parfaitement adaptés aux pigments pour lesquels une désagglomération est nécessaire, par exemple après une étape de séchage. De plus, l'accès facile après l'ouverture de la porte avant permet un nettoyage rapide en cas de changement de couleur. En outre, la large gamme d'outils de broyage qui peuvent être montés dans les broyeurs Condux® signifie qu'ils peuvent être utilisés pour traiter divers produits et obtenir différentes finesses.
Tableau 1 : Données de référence sur Condux® 300
| Produit | Finesse [µm] | Finesse µm] [µm] [µm] [µm] [µm] [µm] [µm | Capacité [kg/h] |
| Bleu outremer | d50 = 1.85 | d99 = 3.1 | Environ 200(*) |
| Rouge tartrazine | d50 = 9.4 | d99 = 23 | Environ 89(*) |
| Pigment organique bleu | 24% > 63 | 2% > 250 | 600 |
| Base de préparation des pigments PVB | d50 = 99 | d90 = 255 | 340 |
| Oxyde de zinc | d50 = 6.4 | d90 = 14 | 1490 |
(*) Disque à broches contre-rotatif
ConJet® Broyeurs à jet de lit à haute densité
ConJet® sont des broyeurs à jet en spirale équipés d'une roue de classification dynamique qui crée un lit de matériaux à haute densité à l'intérieur de la chambre de broyage. Ils sont utilisés pour la réduction de la taille des matériaux tendres à durs. Le gaz de broyage est fourni par le distributeur de gaz de broyage annulaire. Le gaz pénètre dans la chambre de broyage par des buses, se dilate et forme des jets à grande vitesse. Le matériau à broyer entre dans la chambre de broyage au moyen d'un injecteur ou gravimétriquement via une vanne, tangentiellement par un court tuyau d'alimentation, est aspiré par le jet de gaz, accéléré et broyé par des impacts particule-particule. Le gaz expansé transporte les particules broyées vers la roue du classificateur, qui est entraînée par un moteur réglable. Le matériau fin correspondant aux paramètres définis est évacué du broyeur avec le gaz expansé. Les particules surdimensionnées retournent dans la zone de jet pour être rebroyées.
Ce principe de fonctionnement du ConJet® est particulièrement adapté à la production de pigments. La vitesse d'impact élevée permet d'obtenir une grande finesse, par exemple d99 = 5-7 µm lors du broyage de pigments minéraux. Le broyeur classificateur contrôle parfaitement la distribution de la taille des particules, qui est réglable, étroite et exempte de particules surdimensionnées. En outre, l'accès libre par une porte frontale montée sur charnières permet de nettoyer facilement et rapidement le site ConJet®.
Tableau 2 : Données de référence pour ConJet® 50
| Produit | Finesse d50 [µm] | Finesse [µm] | Capacité [kg/h] |
| Pigment organique jaune | 1.5 | d99 = 6.6 | environ 134 |
| Pigment organique magenta | 3.2 | d99 = 9.8 | 81 |
| Pigment organique rouge | 1.5 | d99 = 5.5 | 193 |
| Pigment organique fluorescent | 3.3 | d99 = 9.1 | 104 |
| Oxyde de fer synthétique | 0.94 | d99 = 5.9 | 92 |
| Dioxyde de titane | 0.9 | d97 = 2.8 | 103 |
| Dioxyde de titane | 2.2 | d97 = 6.5 | 243 |
s-Jet® Moulins à jet de vapeur
Le site s-Jet® est un système de broyage à jet qui présente les avantages du broyage à sec avec de la vapeur surchauffée. Il est utilisé pour le broyage ultrafin de matériaux tendres à extrêmement durs dans un lit fluidisé. L'utilisation d'un classificateur d'air intégré au broyeur permet de limiter la taille maximale des particules et d'obtenir une finesse inférieure au micron.
L'utilisation de vapeur surchauffée comme agent de broyage au lieu de l'air présente des avantages significatifs. L'énergie du jet, qui est considérablement plus élevée que celle de l'air (des vitesses de jet allant jusqu'à 1200 m/s peuvent être atteintes), augmente l'apport d'énergie discrète, et l'énergie cinétique d'impact des particules du produit est multipliée par quatre. C'est le point le plus décisif pour obtenir des finesses de l'ordre du submicron. En outre, comme la vapeur a une vitesse sonore nettement plus élevée que l'air, la vitesse d'écoulement périphérique possible à l'intérieur de la roue de classification augmente également et, par conséquent, les forces d'accélération qui agissent sur le produit à classer.
La température élevée de la vapeur (plus de 300°C) et l'augmentation de la surface des particules au cours du processus de broyage permettent l'évaporation de l'humidité contenue dans les particules. En outre, les broyeurs s-Jet® offrent la possibilité de sécher ou au moins de terminer l'opération de séchage des pigments. De cette manière, le processus s-Jet® permet d'utiliser pleinement l'énergie de la pression et de la température en broyant simultanément les qualités les plus fines et en obtenant des teneurs en humidité résiduelle aussi faibles que 0,5 %.
Tableau 3 : Données de référence sur s-Jet® 500
| Produit | Finesse d50 [µm] | Finesse d99 [µm] | Capacité [kg/h] |
| Oxyde de fer synthétique | 0.07 | 0.37 | 61 |
| Noir de carbone | 0.6 | 3.6 | 28 |
| Noir de carbone | 1.0 | 9.2 | 94 |
| Oxyde de zinc | 0.13 | 0.35 | 6.1 |
| Oxyde de zinc | 0.87 | 4.8 | 183 |
| Dioxyde de titane | 0.13 | 0.34 | 191 |
| Pigments céramiques | 0.6 | 1.95 | 26 |
| Pigments céramiques | 0.9 | 4.6 | 102 |
Protection contre l'explosion de poussières
Si le produit broyé est un pigment organique, les valeurs caractéristiques applicables à l'explosion de poussières doivent faire l'objet d'une attention particulière. Il s'agit principalement de l'énergie minimale d'inflammation, de la température d'inflammation et de la valeur Kst. En fonction de ces données et lorsque les limites sont dépassées, une protection adéquate doit être mise en place. La première solution consiste à construire l'installation de manière à ce qu'elle résiste aux chocs de pression, en incluant des éléments spécifiques tels que des soupapes d'explosion et des disques de rupture. Une deuxième solution consiste à opérer sous gaz inerte avec un contrôle fiable de la teneur en oxygène de l'installation.
Résumé
Étant donné qu'il existe une grande variété de pigments et que les premières étapes de leur processus de production leur confèrent des qualités variables, il est important de sélectionner et d'optimiser la technologie de broyage la plus appropriée. Les broyeurs mécaniques à percussion Condux® sont bien adaptés au broyage relativement grossier et à la désagglomération. ConJet® Les broyeurs à jet à lit à haute densité peuvent fournir des produits plus fins avec un DSP contrôlé de manière optimale. Les broyeurs à jet de vapeur s-Jet® atteignent leur plus haut niveau de performance en termes de finesse tout en offrant un effet de séchage. L'utilisation de la technologie la plus appropriée permet de traiter des pigments dont les caractéristiques d'écoulement sont souvent critiques, et d'obtenir la finesse et la qualité requises pour le produit final. Cette optimisation du processus de broyage ajoute également de la valeur au produit et permet d'économiser de l'énergie et d'autres coûts de production.