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BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01 RECHERCHE DE GISEMENTS DE BENTONITE DANS LE BASSIN DE PARIS Résultats de l'essai pilote en fonderie réalisé à la Ferté-Saint-Aubin (Loiret) par P. LE BERRE Département matériaux B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01 80 SGN 765 MTX Septembre 1980 Réalisation : Département des Arts Graphiques

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BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01

RECHERCHE DE GISEMENTS DE BENTONITEDANS LE BASSIN DE PARIS

Résultats de l'essai pilote en fonderieréalisé à la Ferté-Saint-Aubin

(Loiret)

par

P. LE BERRE

Département matériaux

B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01

80 SGN 765 MTX Septembre 1980

Réalisation : Département des Arts Graphiques

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R E S U M E

Au cours de l'inventaire des indices de bentonite du NW du Bassinde Paris, il a été mis en évidence des secteurs favorables, riches en smec-tite et situés essentiellement dans le Sparnacien. Des tests de laboratoireréalisés au cours de cette étude par le centre technique des Industries dela Fonderie, ont montré que ces argiles seraient susceptibles de présenterun intérêt industriel comme bentonite de fonderie.

A la suite de ces résultats positifs, il a été décidé de fabriquerun lot de 5 tonnes de bentonite à partir de ces argiles du Sparnacien. Leprélèvement de l'argile brute a été réalisé sur la commune de Vironvay auxenvirons de Rouen, à l'aide d'une pelle mécanique. Le traitement (activationau carbonate de sodium, séchage, broyage) a été effectué à l'usine du Boysituée à Villars près d'Apt (Vaucluse) et appartenant à la société d'exploi-tation des carrières de Perréals.

L'essai pilote d'utilisation en fonderie a été effectué aux fonde-ries de Sologne situées à la Ferté-Saint-Aubin (Loiret). Nous avons retenucette société à cause de sa dimension moyenne (150 t/mois), de la diversitéde sa production et de la proximité du B.R.G.M. favorisant un suivi aisé del'essai qui a duré 10 jours.

Il a été réalisé en dehors du circuit habituel de fabrication àpartir d'un sable de moulage neuf (sable siliceux neuf +8 % de bentonite+5 % de noir de carbone +3 % d'eau).

140 demi-moules ont été fabriqués et 87 pièces ont été couléessans défauts (seuls quelques moules ont été cassés à cause d'un malaxageinsuffisant ou de défauts au niveau de la plaque modèle).

La régénération du sable a été effectuée du 2e au 10e jour enfonction des besoins pressentis par le sableur. Cette régénération a étéglobalement nulle (ajout de sable siliceux neuf compensant les ajouts debentonite). Malgré cela, des pièces ont pu être réalisées car la quantitéd'argile active n'a pratiquement pas évolué. Par conséquent, la résistancethermique de cette bentonite semble bonne et devrait conduire à un taux derégénération voisin de celui adopté avec les bentonites actuellement commer-cialisées dans le cadre d'une utilisation industrielle.

La résistance mécanique du sable mesurée par le CTIF les 1er, 6eet 9e jours d'essais est satisfaisante :

- résistance à la compression à vert de 120 kPa pour une humidité de 3 %et une teneur en bentonite de 8 %.

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- résistance à haute humidité de 2 kPa au minimum

Cette bentonite a donc donné satisfaction et ceci malgré certainsdéfauts de préparation ou d'emploi (activation insuffisante, séchage tropintense, malaxage trop faible du sable).

Au vu de ces résultats prometteurs, il serait intéressant detester cette argile sur une plus longue période (quelques mois) au coursd'une utilisation en sable de circuit ce qui nécessiterait la fabricationd'un lot important de plusieurs dizaines de tonnes. Si les résultats précé-dents se confirmaient, il pourrait alors être envisagé d'exploiter cetteargile du Sparnacien en vue de la fabrication de bentonite de fonderie.

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INTRODUCTION

L'inventaire des indices de bentonite du Nord-Ouest du Bassin deParis réalisé dans le cadre de l'inventaire du territoire métropolitain(rapport B.R.G.M. n° 80 SGN 178 MTX par P. Le BERRE et B. ROZES) a permis demettre en évidence 15 sites favorables de l'ordre de 10 km2 de superficierenfermant des argiles (situées essentiellement dans le Sparnacien) parti-culièrement riches en smectite.

Des tests de laboratoire effectués par le Centre technique desindustries de la fonderie (C.T.I.F.) sur quatre échantillons de compositionfavorable ont montré que ces argiles seraient susceptibles de présenter unintérêt industriel en vue de leur utilisation comme bentonite de fonderie.L'argile broyée et séchée est incorporée à du sable (sable siliceux, le plusgénéralement) en vue de la fabrication de moules dans lesquels le métal enfusion est coulé.

C'est à la suite de ces résultats positifs qu'il a été décidé defabriquer un lot de 5 t de bentonite à partir de ces argiles du Sparnacien,afin de réaliser un essai pilote d'utilisation de ce produit aux fonderiesde Sologne situées à la Ferté-Saint-Aubin (Loiret). Cette étude a été effec-tuée en juin-juillet 1980 sur crédits propres du B.R.G.M.. Elle a été menéeen collaboration avec M. ROCHIER de la Division des études de moulage sabledu CTIF, que nous remercions très vivement.

1 - RAPPEL DES TESTS DE LABORATOIRE PRELIMINAIRES REALISES PAR

LE CTIF DANS LE CADRE DE L'INVENTAIRE

Les essais ont été réalisés sur quatre échantillons prélevés auNord-Ouest de Paris :

- deux échantillons prélevés dans la région des Andelys : V 9 b(1,0 - 1,8 m) et 48 a (0,7 - 1,2 m),

- deux échantillons prélevés dans la région de Gisors : G 5-13 a(0,2 - 2,2 m) et G 3-4 c (2,2 - 2,6 m).

Les principaux tests de laboratoire réalisés par le CTIF ont été :

- sur l'argile broyée :

. la mesure de la teneur en sable > 20 microns dans l'argile

. la mesure du gonflement après ajout de 0, 2, 4, 6, 8 % de carbo-nate de sodium.

- sur le sable de moulage :

. le rendement maximal à vert : résistance à la compression maximalepar pour cent de bentonite incorporée dans le sable de moulage

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. la résistance à haute humidité : résistance à la traction d'uneéprouvette de sable de moulage à une teneur en eau donnée etchauffée à une extrémité (rupture dans la zone de recondensationde l'humidité).

Ce sable de moulage a été obtenu par ajout de 6 % d'argile broyéeà du sable siliceux en provenance d'Ormoy. Les essais ont été effectuésavant et après activation de l'argile par ajout de 4 % de carbonate desodium.

Les résultats de ces tests sont rassemblés dans le tableau 1 encomparaison avec les valeurs requises par les spécifications CTIF.

Echantillons

Teneur en sable > 20 microns

Gonflement à0 % Na2C03

2 % Na2C03

4 % Na2C03

6 % Na2C03

8 % Na2C03

rendement maximalà Vert (kPa)

résistance à hautehumidité à 3 %humidité (kPa)

avantactivation

apresactivation

avantactivation

apresactivation

V9b

6 %

1013141618

30

33

0,6

5,9

48a

4,1 %

1217181920

34

35

0,8

>6

G5-13a

2 %

778912

33

34

0,7

3,2

G3-4c

4,5 %

8891012

33

33

0,6

3,0

Specificationsrequises

12 % maximum

20 kPa

2 KPa

Tableau 1 : Résultats des tests CTIF réalisés au cours de l'inventaire desargiles du NW du Bassin de Paris

Ce tableau 1 confirme que les argiles étudiées sont essentielle-ment constituées de smectite calcique pouvant subir une activation efficaceau carbonate de sodium (cf. gonflements et résistances à haute humidité).

Ces échantillons présentent des caractéristiques compatibles avecles principales spécifications exigées pour les bentonites de fonderie.

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La teneur en carbonate de calcium de ces échantillons bruts del'ordre de 2 % (mesurée au calcimètre Bernard) est aussi compatible avec uneutilisation fonderie. Compte tenu de ces résultats de laboratoire positifs,nous avons donc décidé la fabrication d'un lot de bentonite à partir de cesargiles en vue d'un essai pilote dans une fonderie.

2 - DESCRIPTION DU MODE DE FABRICATION DE LA BENTONITE DESTI-

NEE A L'ESSAI FONDERIE

L'argile brute a été prélevée, à 40 km environ au SE de Rouen, surla commune de Vironvay (5 km à l'Est de Louviers), à proximité du point V9(Cf. feuille 1/25 000 les Andelys n° 5-6 du rapport BRGM n° 80 SGN 178 MTX).Ce site a été retenu pour deux raisons :

- le fait qu'un échantillon de ce site ait été testé par le CTIF(V9b),

- la facilité d'accès.

L'extraction de l'argile a été réalisée à l'aide d'une pellemécanique équipée d'un grappin, après élimination de la terre végétalesus-jacente. Il a été ainsi prélevé en puits 8 t environ de produit brutchargé sur camion. Il est à noter, lors de ce prélèvement, la présence degros silex de 10 à 20 cm de diamètre, en faible quantité (de l'ordre de 1 %du brut) que nous n'avions pas pu observer lors des sondages à la tarière àmain.

L'argile a été alors envoyée pour conditionnement à l'usine du Boysituée à Villars, près d'Apt, dans le Vaucluse. Cette usine appartient à laSociété d'exploitation des carrières de Pérréals (SECP) dirigée parM. de SOLLIERS. Nous avons choisi cette usine en raison de sa dimensionmoyenne permettant la fabrication aisée, dans des conditions industrielles,d'un petit lot de bentonite sodique artificielle par activation au carbonatede sodium de l'argile brute prélevée, essentiellement constituée de smectitecalcique.

La chaîne de traitement de 4,5 t/h, utilisée pour la fabricationde ce lot se présente selon le schéma suivant :

Trémie de distri-tribution

brise mottes

Silo stockage etensachage en sacsde 50 kg

cyclone

activationthéorique à 4%Na2C03

boudineuse

séchoirtournant

broyeur pendu-laire

brisemottes

Des gros silex observés dans le brut ont été éliminés (au moinspartiellement) au niveau de la boudineuse.

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A partir des 8 t d'argile brute prélevée sur le terrain, et comptetenu des pertes liées au nettoyage de la chaîne de traitement, nous avonsréalisé environ 5 t de bentonite sodique artificielle.

3 - CARACTERISTIQUES DE LA BENTONITE OBTENUE ET COMMENTAIRES

- Composition :

. teneur en eau (en sac) 7 %,

. teneur en sable > 80 microns : 4 %,

. teneur en CaO = 4,45 %,

. teneur en Na20 =1,73 %.

La composition chimique moyenne des smectites calciques contenuesdans l'argile brute avant activation au carbonate de sodium est donnée dansle tableau 2.

Tableau 2 : Moyenne et écart-type des éléments majeurs dosés dans 22 frac-

MoyenneEcart-type

tions <

SiO2

582,70,09

Al2

211

2(J

o3

,84,08

de 22 s

MgO

10,79,25

»mectites*

CaO

2,310,14

Fe

62

2O3

,06,14

TiO2

0,880,42

Na20

< 0,05

K20

0,130,04

Perte à1000° C

7,970,67

Somme

99,67

Pour transformer ces smectites calciques en smectites sodiquesartificielles, il aurait fallu ajouter 2,56 % de Na20 (substitution de Na20à CaO), soit 4,38 % de Na2Co3.

Compte tenu du fait que l'argile contient environ 10 % d'impuretés(sable + craie), le taux d'activation optimal sur sec de Na2C03 aurait dûêtre de 3,95 %. Or d'après l'analyse chimique il n'a été ajouté que 2,96 %de Na2C03 (= 1,73 % de Na 20).

Compte tenu de la teneur en CaO de la bentonite obtenue on endéduit que la teneur en calcaire du produit brut avant activation étaitde 3,82 % sur sec.

Par conséquent, la bentonite issue de l'argile du Sparnacien n'apas été préparée dans des conditions optimales :

- teneur en eau de 7 % trop faible ce qui laisse supposer un séchage tropfort (teneur en eau optimale : 10-12 % ) .

* THIRY M., AUBRY M.P., CAVELIER C. , KUNTZ G., WYNS R. , TRAUTH N. (1978) -nature des smectites élaborées lors d'altérations lessivantes de la craieà silex du Bassin de Paris, Sei. Géol. Bull. 31, 4, p. 163-172, Strasbourg.

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- teneur en calcaire du brut trop élevée par rapport aux teneurs mesuréesau cours de l'inventaire des indices : pollution en cours de prélève-ment ou de traitement ?

- activation au carbonate de sodium insuffisante : 3 % au lieu de 4 % surproduit sec.

4 - DESCRIPTION DE L'ESSAI PILOTE REALISE AUX FONDERIES DE SO-LOGNE

L'essai pilote d'utilisation de la bentonite fabriquée à partir del'argile de la région de Rouen a été réalisé aux Fonderies de Sologne si-tuées à la Ferté-Saint-Aubin (20 km au Sud d'Orléans, dans le Loiret).

Nous avons choisi les Fonderies de Sologne à cause :

- de la dimension moyenne de cette entreprise (150 t de fonte/mois) et dela diversité de la production (plaques de cheminée, corps de pompe,pièces pour l'automobile, etc.) convenant parfaitement pour la réali-sation d'un tel essai,

- de la proximité du B.R.G.M. ce qui a permis un déplacement quotidien etun suivi très aisé du déroulement de l'essai.

Nous remercions très vivement Monsieur LEGROS, directeur desfonderies de Sologne, ainsi que toute son équipe, de nous avoir permis deréaliser cet essai dans d'aussi bonnes conditions.

4.1 - RAPPELS CONCERNANT L'UTILISATION DE LA BENTONITE EN FONDERIE

La bentonite est utilisée en fonderie pour lier, en présenced'eau, du sable, généralement siliceux. On obtient ainsi un mortier appelésable de moulage contenant environ 8 % de bentonite et qui permet la réali-sation de moules dans lesquels est coulé le métal en fusion (fonte, acier,métaux non ferreux, etc.). Lorsque le métal est refroidi, le moule estdésagrégé et les pièces sont récupérées (c'est le décochage). Le sable demoulage n'est généralement pas un sable neuf, mais le sable récupéré audécochage, envoyé dans un malaxeur où il est réhumidifié et dans lequel onajoute 0,5 % environ de bentonite correspondant à la bentonite qui a étédétruite sur la bordure interne du moule en contact avec le métal en fusionet qui n'a plus de pouvoir de liaison.

4.2 - MODE OPERATOIRE ADOPTE POUR L'ESSAI

Ce mode opératoire a été défini en liaison étroite avec M. ROCHIERde la Division des études de moulage, sable du CTIF.

Afin de pouvoir étudier l'influence de la bentonite obtenue àpartir de l'argile de la région de Louviers sur la fabrication des moules etsur la qualité des pièces ainsi que sa résistance thermique, nous avonsretenu le programme suivant :

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- le 1er jour : réalisation d'un sable de moulage neuf composé de :

. sable siliceux neuf

. bentonite de Louviers : 8 %

. noir de carbone : 5 %

. eau : 3 %(les teneurs en bentonite et noir de carbone sont données en pourcen-tage de l'ensemble de produits secs du sable de moulage).

- du 2e au Ile jour : régénération quotidienne de ce sable de moulage parajout de 0,8 % de bentonite de Louviers et de 0,5 % de noir de carbone(la régénération à 0,8 % de la bentonite) pendant une période de l'or-dre de 10 jours permettant une régénération totale de la bentonite misele 1er jour).

L'essai a été réalisé selon le schéma défini dans la figure 1. Ila été effectué entièrement en dehors du circuit habituel de fabrication desmoules afin d'éviter les pollutions par le sable de moulage utilisé habi-tuellement et régénéré à l'aide de bentonite de Sardaigne (bentonil S de laSFBD). Les moules fabriqués pendant cet essai, ont été réalisés exclusive-ment le soir, après arrêt de la production journalière.

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Figure 1 - Mode opératoire de l'essai bentonite

malaxage de 2 gâchées successivesde l'ordre de 1 t au malaxeurEirich et prise d'échantillons

envoi de la 1ère gâchéedans la trémie d'une ma-chine à mouler pour réa-lisation des demi-moulesde dessous

envoir de la 2e gâ-chée dans la trémiede l'autre machineà mouler pour réa-lisation des demi-moules de dessus

constitution des moules surle carrousel et marquage dereconnaissance

coulage de la fonte dans lesmoules

régénération du sable parajout d'eau, de bentoniteet de noir de carbone

reprise du sable sur bandetransporteuse chargée ma-nuellement à la pelle

stockage du sable etconservation de piècestémoins

enlèvement des moules ducarrousel, décochage despièces à l'écart de laproduction, éliminationdes noyaux

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4.3 - DEROULEMENT DE L'ESSAI

Le procès-verbal de cet essai, jour par jour est donné en annexe.Il comporte les principaux éléments suivants :

- composition du sable de moulage- description de la phase de moulage- description des pièces réalisées.

L'essai s'est déroulé pendant 11 jours répartis sur une période detrois semaines, s'étalant du 16 juin au 4 juillet 1980 (il n'a pas été pos-sible de travailler certains jours pour des raisons techniques telles quearrêt du cubilot, type de fonte contenue dans le cubilot ne convenant paspour être coulée dans les moules venant d'être réalisés).

Toutefois en ce qui concerne le moulage et la qualité des piècesobtenues à partir de la bentonite de Louviers, les résultats sont positifs.

- le moulage : 141 demi-moules de dessous et dessus ont été réalisés sansdéfauts sur 150 réalisés (94 % ) ,

. 9 demi-moules ont été cassés : 4 cassés le 1er jour à cause de lamauvaise répartition de la bentonite dans le sable (sable neuf) ;

. 5 cassés le 4e jour à cause de la mauvaise qualité de la plaquemodèle.

Ces ruptures ne sont donc pas dues à la bentonite utilisée.

- la qualité des pièces : 87 pièces ont été réalisées et il n'y a pas eude rebut.

Selon les fondeurs et le CTIF qui ont contrôlé ces pièces, la peaude celles-ci est très bonne (pas de défauts liés à la bentonite utilisée).

5 - ETUDE DE LA CONSOMMATION DE BENTONITE AU COURS DE L'ESSAI

5.1 - ESTIMATION DU TAUX DE REGENERATION ADOPTE ET CONSEQUENCES

Le programme établi pour les essais a été respecté seulement les1er et 2e jours.

Dès le 3e jour, la quantité de bentonite contenue dans le sable demoulage après régénération a semblé excessive au responsable de la sablerie.

La régénération a donc été effectuée les jours suivants en fonc-tion des besoins en bentonite du sable pressentis au cours du malaxage.

Compte tenu des différents ajouts de bentonite, noir de carbone etsable siliceux consignés dans le procès-verbal d'essai (en annexe) nousavons pu estimer le taux journalier de régénération adopté pendant cetessai. Pour cette estimation, nous avons établi les hypothèses suivantes :

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- le poids moyen du sable de moulage contenu dans un demi-moule dedessous ou de dessus est de 100 kg,

- le taux de noir de carbone est resté constant et égal à 4,3 %.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 1 et montrent que larégénération a été globalement voisine de 0 (variant entre 0,8 et -0,7 % ) .

Les valeurs négatives de ce tableau sont liées à l'ajout de sablesiliceux neuf qui a été nécessaire pour réhausser le volume de sable de mou-lage (celui-ci diminuant sans cesse à cause des pertes au niveau des machi-nes à mouler et lors du chargement à la pelle de la bande transporteusealimentant le malaxeur).

Par conséquent, malgré un taux de régénération globalement nulnous avons pu réaliser sans problèmes des moules et des pièces de bonne qua-lité.

5.2 - ESTIMATION DE LA QUANTITE DE BENTONITE ACTIVE CONTENUE DANS LESABLE DE MOULAGE

Cette estimation a été réalisée par la mesure de la capacitéd'adsorption de bleu de méthylène, par la méthode classique à la tâche. Eneffet, les particules argileuses actives d'un sable de moulage adsorbent lesmolécules de bleu de méthylène, et elles seules (les particules argileusesdétruites par la chaleur et qui n'ont donc plus de pouvoir de liaison, lesable.siliceux, le noir de carbone n'adsorbent pas les molécules de bleu deméthylène).

Par conséquent, la comparaison de la capacité d'adsorption de bleude méthylène d'une certaine quantité de sable de moulage et de celle de labentonite pure permet donc de déterminer la quantité d'argile active conte-nue dans ce sable.

Les mesures ont été réalisées conformément à la recommandationGe 292 de mars 1974 du CTIF (Détermination de l'absorption de bleu de méthy-lène par les minéraux argileux).

Les prélèvements d'échantillons ont été faits chaque jour au coursdu moulage (avant coulée). Du 1er au 6e jour nous avons pris un seul échan-tillon sur lequel nous avons fait deux mesures d'adsorption. Puis les jourssuivants, nous avons multiplié la prise d'échantillons (1 mesure par échan-tillon prélevé tous les 2 demi-moules de dessous puis de dessus) afin devérifier l'homogénéité du sable de moulage (cf. tableau 2).

La capacité d'adsorption de bleu de méthylène de la bentonite purede 190 mg/g a permis de déduire les teneurs en argile active contenues dansle tableau 2.

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D'après ce tableau 2, malgré le taux de régénération pratiquementnul que nous avons adopté, la quantité d'argile active contenue dans le sa-ble n'a pratiquement pas évolué (aux incertitudes de mesures près). Ceci re-vient à dire que le taux de destruction journalier de la bentonite a été trèsfaible.

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1er jour

2e jour

3e jour

4e jour

5e jour

6e jour

7e jour

8e jour

9e jour

10e jour

Teneur en bentoni-ne active et dé-truite (avantcoulée)

8,8 %

9,6 %

9,6 %

10 %

9,1 %

9,1 %

8,4 %

8,4 %

8,4 %

8,1 %

Taux de régénéra-tion journalier

0,8 %

0,0 %

0,4 %

- 0,9 %

0,0 %

- 0,7 %

0,0 %

0,0 %

- 0,3 %

Tableau 1 - Estimation de la teneur en bentonite activeet détruite au cours de l'essai

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- 12 -

1er jour

2e

3e

4e

5e

6e

7e

8e

9e

jour

jour

jour

jour

jour

jour

jour

jour

10e jour

Mesures de la capacitéd'adsorption de bleu deméthylène du sable demoulage mg BM/g sable

13,5-13,1

18,3-18,7

17,6-16,5

18,0-17,7

15,2-15,7

15,3-16,1

16,1-16,3-15,916,0-15,6-17,118,6-17,8-16,3

17,4-17,6-18,3

17,6-16,8-17,7

18,3-17,6-18,3

17,6-16,8-17,7

17,6-16,9-16,8

16,5-16,1-16,5

M =

M =

M =

M =

M =

M =

M =

13,3

18,5

17,1

17,9

15,5

15,7

16,6

M = 17,6

M =

M =

17,7

16,7

Teneur en argileactive du sable demoulage avant cou-lée

7,0

9,7

9,0

9,4

8,2

8,3

8,7

9,3

9,3

8,8

Tableau 2 - Teneur en argile active dans le sable de moulage

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- 13 -

1er jour

2e jour

3e jour

4e jour

5e jour

6e jour

7e jour

8e jour

9e jour

10e jour

Moyenne

Nombre de demi-moules réalisés

9 dessous21

12 dessus

11 dessus17

6 dessus

6 dessous13

7 dessus

8 dessous15

7 dessus

7 dessous16

9 dessus

8 dessous17

9 dessus

8 dessous14

6 dessus

5 dessous11

6 dessus

5 dessous10

5 dessus

6 dessous11

5 dessus

Nombre dedemi-moulescoulés

10

12

12

4

14

16

12

10

10

10

Pourcentage desable utilisé àla coulée

48 %

71 %

92 %

27 %

88 %

94 %

86 %

91 %

100 %

91 %

70 %

Tableau 3 : Calcul du pourcentage quotidien de sable demoulage soumis à la coulée

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- 14 -

Mais il ne faut probablement pas tirer de conclusion trop hâtivede cet essai car il a été réalisé

- sur une période courte (10 jours)

- avec un petit volume de sable (2 t), donc de bentonite (300 kg)

- seule une partie du sable moulé a été soumise à la coulée (70 %comme le montre le tableau 3).

Toutefois, il a permis de montrer que :

- la résistance thermique de cette bentonite de Louviers semblebonne

- un taux de régénération journalier identique à celui des bento-nites actuellement commercialisées pourrait être envisagé dans lecadre d'une utilisation industrielle en fonderie.

6 - COMPTE RENDU DES ESSAIS REALISES PAR LE CTIF

Trois échantillons de sable de moulage prélevés, les 1er, 6e et9e jours de l'essai, ont été envoyés pour analyses au CTIF, de même qu'unéchantillon de sable de moulage au bentonil S (bentonite de Sardaigne)actuellement utilisé en circuit.

Des tests ont été essentiellement réalisés dans deux buts :

- détermination de la teneur en argile du sable

- mesures de résistance^ perméabilité et aptitude au serrage (flowa-bility) du sable.

6.1 - DETERMINATION DE LA TENEUR EN BENTONITE ACTIVE DU SABLE

Celle-ci a été effectuée de deux manières :

- par la méthode au bleu de méthylène décrite précédemment,

- par la double perte au feu.

Détermination de la teneur en argile activé par la méthode de ladouble perte au feu (méthode CTIF).

L'estimation de la teneur en noir minéral et en argile est faitepar l'intermédiaire :

- d'une perte au feu portant sur l'échantillon global séché à105° C ;

- d'un dosage des éléments de moins de 20 microns ;

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- 15 -

- d'une perte au feu portant sur le sable séparé de ces élémentsinférieurs à 20 microns par l'opération précédente.

La perte au feu porte donc ainsi, non seulement sur les élémentscombustibles du noir, mais également sur l'eau de "constitution" de l'argileque l'on admet représenter 10 % de la masse d'argile.

On définit les facteurs suivants :

A - pourcentage total en éléments de dimensions inférieures à 20 mi-crons ;

P - perte au feu sur échantillon global en pour cent ;

a - pourcentage d'"argile" (éléments inférieurs à 20 microns noncombustibles) ;

p - perte au feu sur échantillon après lévigation (ou siphonnage) enpour cent ;

n^ - pourcentage de noir dans A ;

n2 - pourcentage de noir contenu dans les éléments supérieurs à 20 mi-crons ;

N - pourcentage total de noir (pourcentage total des matières combus-tibles, y compris leurs cendres) ;

x - pourcentage d'éléments combustibles du noir.

La perte au feu sur échantillon de sable complet séché détermine :

P = x(nx + n2) + jo

La connaissance de la teneur en éléments de moins de 20 micronsdéfinit :

A = a + ni

La perte au feu sur échantillon ne comprenant que les élémentssupérieurs à 20 microns détermine :

p = xn2

Les équations suivantes permettent de calculer a et N.

= x

et : nj = A - a

On a : n?¿ x

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- 16 -

Donc : P = x(A - a) + p + |Q

et :_ 10 [xA-(P - p)]

a " 10 x - 1

donc :On admet qu'en moyenne 90 % du noir de carbone est combustible,

_ 9A-10 (P - p)a 8

bleau 4.Les mesures effectuées par le CTIF sont rassemblées dans le ta-

Teneur en argi-le active

mesures CTIFpar bleu deméthylène

mesures CTIFpar doubleperte au feu

mesures BRGMpar bleu deméthylène

Sable decircuit auBentonil S

7,5 %

-

9,5 %

Sable + bentonite du Bassinde Paris

1er jour 6e jour 9e jour

7,0 %

-

7,9 %

8,3 %

8,8 %

-

9,3 %

10,5 %

10,3 %

Tableau 4 - Mesure des teneurs en argile active

La bonne concordance des résultats observables dans ce tableau 4confirme donc les conclusions précédentes concernant la bonne résistancethermique de la bentonite du Bassin de Paris.

6.2 - MESURES DE RESISTANCE, PERMEABILITE ET APTITUDE AU SERRAGE(FLOWABILITY)

Ces mesures sont rassemblées dans les figures 2 à 5. Elles mon-trent que la résistance du sable de moulage obtenu aux fonderies de Sologneà partir de la bentonite du Bassin de Paris est satisfaisante.

- résistance à la compresssion à vert comprise entre 75 et 125 kPa,et variant en fonction de la teneur en bentonite (7 à 10 % ) .

- résistance à haute humidité élevée de l'ordre de 2 kPa caracté-ristique d'un sable à la bentonite sodique.

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FIG.2.ESSAIS D'UTILISATION

Effectués conformément aux spécifications des normes AFS.)

Sable+ Bentonite du Bassin de Paris-1er jour

5 5

IS-o ^

c -esO ft o

300 -

200 -

100 -

50 -

m -

3 0 -

25 -

20 -

15 -

10 -

5 -

4 -

3 -

2 -

1 -

C A R A C T É R I S T I Q U E S

HUMIDITE %

Perméabilité

Compression ( kPa)

Flowability — —

R H H ( k Po )

clornvee

2,8

85

74

76

2,7

réalisées oux essais

',1

40

113

88

20

48

152

83

19

1,6

57

162

79

24

2,1

73

157

73

28

2,6

77

123

71

3,3

3,4

70

90

74

2,6

A///

~7s'

\\

\\

s

\

\

\

\

\

0,5 7 8 9 10 12 14 16

Humidité %

Page 21: RECHERCHE DE GISEMENTS DE BENTONITE DANS LE ...infoterre.brgm.fr/rapports/80-SGN-765-MTX.pdfMgO 1 0,79,25 »mectites* CaO 2,31 0,14 Fe 6 2 2O3,06,14 TiO2 0,88 0,42 Na20 < 0,05 K20

FIG.3ESSAIS D'UTILISATION

Effectués conformément oux spécifications des normes AFS.)

Sable+Bentonhe du Bassin de Paris-6ème jour

•oc•Sï> -S

IS

c o

•s "Iit <£

•S

300 -

200 -

100 -

50 -

m .

3 0 -

25 -

2 0 -

15 -

10-

5 -

4 -

3 _

2 -

i —

C A R A C T E R I S T I Q U E S

HUMIDITÉ %

Perméabilité

Compression ( kPa)

Flowability _ _ _ _ ^

R H H (kPa)

èlornvee

3,1

99

115

70

2,0

récusées oux essais

2,0

35,5

180 '

79

1,8

2,4

49,5

190

74

2,25

2,6

64

190

70

2,35

3,0

78

175

67

2,9

3,6

85

150

65

3,5

4,8

68

120

65

5,1

7////////

\N.

N

/////

\

//•

//

0,5 7 8 9 10 12 14 16Humidité %

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I lv^l.

ESSAIS D'UTILISATION

(Effectués conformément aux spécifications des normes AFS.)

Sable + Bentonite du Bassin de Paris-9ème jour

ta. o§ o

- o "3>

lo -ic -eso o

•te

300 -1

200 -

100 -

50 -

m -

3 0 -

25 -

2 0 -

15-

10-

5 -

4 -

3 -

2 -

1 -

CARACTERISTIQUES

HUMIDITÉ %

Perméab i l i t é

Compression ( kPo)

Flowability ^ _

R H H (kPa)

¿l'orrivee

3,7

96

125

68

1,9

2,0

22

165

82

2,0

2,2

30

180

78

2,0

réalisées oux

2,4

42

195

75

1,95

2,8

66

190

66

2,4

essais

3,7

82

150

59

2,5

5,1

63

125

61

2,6

/ ' X

/

>

/

/

/ . , -

\\

\ -

^

—i—

0,5 7 8 9 10 12 14 16

Humidité %

Page 23: RECHERCHE DE GISEMENTS DE BENTONITE DANS LE ...infoterre.brgm.fr/rapports/80-SGN-765-MTX.pdfMgO 1 0,79,25 »mectites* CaO 2,31 0,14 Fe 6 2 2O3,06,14 TiO2 0,88 0,42 Na20 < 0,05 K20

l INJÍ .

ESSAIS D'UTILISATION

(Effectués conformément aux spécifications des normes AFS. )

Sab le+ Bentonil S (en circuit)

C -Q

•ï 'g

CL

300 -

200 -

100 -

50 -

m .

30-1

25 -

2 0 -

15 -

10-

5 -

4 -

3 -

2 -

i _

CARACTÉRISTIQUES

HUMIDITÉ %

Perméabilité

Compression ( kPo)

Flowability ^ _ _ _

R H H ( k P a )

àl'orrivee

3,2

92

127

71

2¿

réalisées aux essais

2

44

190

78

2,2

54

217

74

2,2

2,6

75

197

70

2.8

3,1

95

182

63

32

3,8

94

152

62

37

4,8

85

128

61

/

i

I

><

Y \ ,

7-1

••

/s

/

1t

1

111

\

N\

0,5 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16

Humidité %

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- 17 -

Mais ces valeurs augmentent nettement après malaxage au frotteurmalaxeur de laboratoire (cf. fig. 2 à 5) ce qui semble montrer un manqued'efficacité de la préparation du sable au niveau de la sablerie des fon-deries de Sologne.

Les valeurs de flowability (= aptitude au serrage) seraient légè-rement trop faibles, d'après le CTIF, essentiellement à cause de cettepréparation insuffisante.

Le rendement maximal à vert (résistance à la compression maximalepar pour cent de bentonite) obtenu à partir de ces sables de moulage à labentonite du Bassin de Paris est satisfaisant et oscille entre 20 et 25 kPa.

Les caractéristiques des sables obtenus avec cette bentonite sontd'ailleurs comparables à celles du sable de circuit au Bentonil S (bentonitede Sardaigne) et confirment donc la bonne qualité de cette argile.

7 - CONCLUSION

L'essai de fabrication de moules en sable réalisé sur une périodede dix jours aux fonderies de Sologne a confirmé que la bentonite sodiqueobtenue à partir de l'argile du Sparnacien prélevée dans la région de Rouenau NW du Bassin de Paris est susceptible d'être utilisée en fonderie.

En effet, 140 demi-moules ont été réalisés sans problème (lesquelques ruptures constatées étant liées à des problèmes de malaxage ou deplaque-modèle). Ils ont permis de couler 87 pièces ne présentant pas dedéfaut. La quantité de bentonite dans le sable neuf a été de 8 % et son tauxde destruction par la chaleur semble très faible et un taux de régénérationvoisin de celui habituellement utilisé semblerait amplement suffisant.

La résistance mécanique des moules, mesurée par le CTIF, estégalement satisfaisante

- résistance à la compression à vert variant entre 75 et 125 kPa pour untaux de bentonite variant entre 7 et 10 %,

- résistance à haute humidité de l'ordre de 2 kPa.

Par conséquent cette bentonite a donné entière satisfaction aucours de ces essais et ceci malgré certains défauts de préparation ou d'em-ploi qui pourraient être corrigés dans l'avenir :

- activation au carbonate de sodium insuffisante et séchage trop fort(teneur en eau trop faible),

- malaxage du sable insuffisant (la résistance du sable augmente nette-ment après un nouveau malaxage en laboratoire).

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- 18 -

Compte tenu de ces résultats prometteurs, il serait souhaitable detester cette argile sur une chaîne de production (régénération d'un sable encircuit) pendant une période de plusieurs mois ce qui nécessiterait lafabrication d'un lot important de bentonite (plusieurs dizainesde t).

Si cette utilisation directe en production s'avérait positive, ilpourrait alors être envisagé d'exploiter cette argile pour la fabrication debentonite de fonderie.

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Phuto 1 - Vue d'un demi-moule de dessous constitué de sableà la bentonite

Photo 3 - Disque d'embrayage - pièce réalisée le 9ème jour1

I

Photo 2 - Corps de pompe - pièce réalisée le 1er ¿our

Photo 4 - Trompette de Fressiney - pièce réalisée le 9è j.

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- 19 -

ANNEXES

PROCES-VERBAL DE L'ESSAI PILOTE

REALISE A U X FONDERIES DE SOLOGNE

du

16 juin au 04 juillet 1980 *

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- 20 -

1er jour - Lundi 16 juin 1980

Composition du sable de moulage :

- réalisation de 2 gâchées successives ayant chacune la compositionsuivante sur produit sec : 1 000 kg de sable siliceux neuf + 100 kgde bentonite + 50 kg de noir de carbone.

Malaxage : 1 minute à sec, puis 2 minutes 30 secondes après ajout d'eau. Lemalaxage à sec a provoqué de légères pertes de bentonite.

Moulage :

- demi-moules de dessous, 5 réalisés sans défaut + 4 cassés.Les 4 ruptures sont probablement dues au fait que le sable demoulage est neuf et que l'argile est mal répartie autour desgrains de sable siliceux.

- demi-moules de dessus, 12 réalisés sans défaut.

- réalisation de cinq moules.

Pièces coulées : corps de pompe.

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- 21 -

2e jour - Mardi 17 juin.

Observation des pièces réalisées la veille :

Pièces sans défauts (bonne peau de pièce) d'après les fondeurs,mais aussi d'après le contrôleur de la société Jeumont-Schneider (il s'agis-sait de pièces test réalisées avant le démarrage d'une importante série).

Composition du sable de moulage :

Ajout de 8 kg de bentonite et de 5 kg de noir de carbone pargâchée.

Moulage :

- demi-moules de dessous, 11 réalisés sans défauts, mis à partquelques petits arrachages (liés probablement au remplacement del'ouvrier habituellement à ce poste).

- demi-moules de dessus, 6 réalisés sans aucun défaut.

- réalisation de 6 moules complets.

Pièces coulées : poulies de camions Berliet (2 par moule).

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- 22 -

3e jour - Jeudi 19 juin

Observation des pièces réalisées la veille :

Pièces sans défauts.

Composition du sable de moulage :

Aucun ajout.

Moulage :

- demi-moules de dessous, 6 réalisés sans défaut.

- demi-moules de dessus, 7 réalisés sans défaut.

- réalisation de 6 moules.

Pièces coulées : poulies de camion Berliet (2 par moule).

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- 23 -

4e jour - Lundi 23 juin

Observation des pièces réalisées la veille :

Aucun défaut à signaler.

Composition du sable de moulage :

Ajout de 3 kg de bentonite et de 3 kg de noir de carbone, pargâchée.

Moulage :

- demi-moules de dessous, 8 réalisés sans défaut.

- demi-moules de dessus, 2 réalisés avec difficultés + 5 non vala-bles. Les défauts sont dus à la détérioration des masselottes dela plaque-modèle. Ceci n'est pas dû au sable (8 demi-moules précé-dents réalisés avec le sable à la bentonite de Sardaigne habituel-lement utilisé dans la fonderie, également inutilisables, demi-moules de dessous, sans défaut).

- réalisation de 2 moules.

Pièces coulées : carters de pont.

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- 24 -

5e jour - mardi 24 juin

Observation des pièces réalisées la veille :

pièces sans défaut.

Composition du sable de moulage :

Ajout de 100 kg de sable siliceux neuf, de 4 kg de bentonite et de3 kg de noir de carbone, par gâchée.

Moulage :

- demi-moules de dessous, 7 réalisés sans défaut.

- demi-moules de dessus, 9 réalisés sans défaut.

- réalisation de 7 moules.

Pièces coulées : poulies de camion Berliet (2 par moule).

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- 25 -

6e jour - Mercredi 25 juin

Observation des pièces réalisées la veille :

Pas de défaut, si ce n'est une peau légèrement trop rugueuse,probablement liée à un excès de bentonite.

Composition du sable de moulage :

Aucun ajout.

Moulage :

- demi-moules de dessous, 8 réalisés sans défaut.

- demi-moules de dessus, 9 réalisé sans défaut.

- réalisation de 8 moules.

Pièces coulées : poulies de camion Berliet.

Page 34: RECHERCHE DE GISEMENTS DE BENTONITE DANS LE ...infoterre.brgm.fr/rapports/80-SGN-765-MTX.pdfMgO 1 0,79,25 »mectites* CaO 2,31 0,14 Fe 6 2 2O3,06,14 TiO2 0,88 0,42 Na20 < 0,05 K20

- 26 -

7e jour - Jeudi 26 juin

Observation des pièces réalisées la veille :

aucun défaut.

Composition du sable de moulage :

Ajout de 50 kg de sable siliceux neuf par gâchée.

Moulage :

- demi-moules de dessous, 8 réalisés sans défaut.

- demi-moules de dessus, 6 réalisés sans défaut.

- réalisation de 6 moules.

Pièces coulées : disques d'embrayage.

Page 35: RECHERCHE DE GISEMENTS DE BENTONITE DANS LE ...infoterre.brgm.fr/rapports/80-SGN-765-MTX.pdfMgO 1 0,79,25 »mectites* CaO 2,31 0,14 Fe 6 2 2O3,06,14 TiO2 0,88 0,42 Na20 < 0,05 K20

- 27 -

8e jour - Lundi 30 juin

Observation des pièces réalisées la veille

aucun défaut.

Composition du sable de moulage :

ajout de 3 kg de noir de carbone par gâchée, uniquement.

Moulage :

- demi-moules de dessous, 5 réalisés sans défaut.

- demi-moules de dessus, 6 réalisés sans défaut.

- réalisation de 5 moules.

Pièces réalisées : disques d'embrayage.

Page 36: RECHERCHE DE GISEMENTS DE BENTONITE DANS LE ...infoterre.brgm.fr/rapports/80-SGN-765-MTX.pdfMgO 1 0,79,25 »mectites* CaO 2,31 0,14 Fe 6 2 2O3,06,14 TiO2 0,88 0,42 Na20 < 0,05 K20

- 28 -

9e jour - Mardi 1er juillet

Observation des pièces réalisées la veille :

aucun défaut.

Composition du sable de moulage :

aucun ajout.

Moulage :

- demi-moules de dessous, 5 réalisés sans défaut.

- demi-moules de dessus, 5 réalisés sans défaut.

- réalisation de 5 moules

Pièces coulées : trompettes de Fressiney.

Page 37: RECHERCHE DE GISEMENTS DE BENTONITE DANS LE ...infoterre.brgm.fr/rapports/80-SGN-765-MTX.pdfMgO 1 0,79,25 »mectites* CaO 2,31 0,14 Fe 6 2 2O3,06,14 TiO2 0,88 0,42 Na20 < 0,05 K20

- 29 -

10e jour - Mercredi 2 juillet

Observation des pièces réalisées la veille :

aucun défaut.

Composition du sable de moulage :

Ajout de 100 kg de sable neuf, 7 kg de bentonite et 4 kg de noirde carbone, par gâchée.

Moulage :

- demi-moules de dessous, 6 réalisés sans défaut.

- demi-moules de dessus, 5 réalisés sans défaut.

- réalisation de 5 moules.

Pièces coulées : poulies de camion berliet.

Page 38: RECHERCHE DE GISEMENTS DE BENTONITE DANS LE ...infoterre.brgm.fr/rapports/80-SGN-765-MTX.pdfMgO 1 0,79,25 »mectites* CaO 2,31 0,14 Fe 6 2 2O3,06,14 TiO2 0,88 0,42 Na20 < 0,05 K20

- 30 -

Ile jour - Vendredi 4 juillet

Observation des pièces coulées la veille :

aucun défaut.

Composition du sable de moulage :

aucun ajout.

Moulage :

- demi-moules de dessous, 5 réalisés sans défaut.

- demi-moules de dessus, aucun moule réalisé, erreur dans l'appro-visionnement de la machine à mouler.

- réalisation de 0 moule.

FIN DE L'ESSAI.