Compacteurs à rouleaux : principes de base et aperçu technologique

Les presses à rouleaux sont utilisées pour traiter les solides en vrac (poudres, granulés) afin de réaliser une granulation sèche par compactage. Elles peuvent généralement produire une nappe de matériau compacté qui est ensuite broyée, bien que certains modèles disposent de rouleaux spécifiques dont la forme permet de produire des briquettes. Cette page se concentre sur la conception des presses à rouleaux, les mécanismes derrière l’agglomération du matériau traversant un compacteur à rouleaux, ainsi que les différentes applications de cette technologie.

1. Qu’est-ce qu’une presse à rouleaux de compactage ?

Les compacteurs à rouleaux utilisés pour le compactage des poudres fonctionnent tous avec des rouleaux contrarotatifs maintenus en position par un système mécanique ou hydraulique, appliquant généralement une force sur l’un des cylindres, appelé rouleau flottant.

Le matériau est introduit entre les 2 rouleaux pour être compacté. Le compactage peut être effectué entre 2 rouleaux lisses, produisant alors un film ou une bande de matériau compacté. Cependant, les rouleaux peuvent aussi être dotés d’une forme spécifique permettant de produire des morceaux de poudre compactée.

Si une bande de matériau comprimé est produite, elle est souvent broyée par la suite afin d’obtenir un produit granulé, qui peut être commercialisé ou traité davantage (par exemple pour produire des comprimés dans une presse à comprimés), d’où l’appellation fréquente de granulateur à rouleaux.

2. Comment la poudre s’agglomère-t-elle en passant dans une presse ?

Lorsque la poudre passe entre les 2 rouleaux, elle est soumise à la pression des rouleaux, ce qui conduit à une agglomération sèche du matériau. Cette granulation sèche est rendue possible grâce à différents mécanismes qui, au niveau des particules, permettent de maintenir le matériau ensemble :

• Création de ponts solides entre les particules par
• Réaction chimique
• Fusion ou frittage
• Couches d’adsorption
• Associations non valentes
• Forces moléculaires, électriques ou magnétiques entre particules (par exemple, forces de Van Der Waals)
• Enclenchement mécanique

Comme pour des procédés de compactage similaires (tels que les presses à comprimés), la poudre est d’abord réarrangée, densifiée, puis fragmentée et déformée sous l’effet de la pression. Le contact intime résultant de cette compression permet la création de liaisons entre les particules. Après compression, le matériau se détend généralement légèrement. Le graphique ci-dessous illustre ces changements dans la structure de la poudre en fonction de la pression à laquelle elle est soumise durant le processus de compression.

Graphique 1 : les mécanismes de l’agglomération par pression avec les différentes étapes atteintes et leur impact sur le matériau [Pietsch]

3. Principe de fonctionnement des presses à rouleaux de compactage

La compression de la poudre s’effectue selon les étapes suivantes [Pietsch] :

• Alimentation, densification et introduction forcée de la poudre vers les rouleaux : le matériau en vrac à compacter est acheminé vers la presse grâce à un système de manutention de poudre (par exemple via un transport pneumatique, ou une simple alimentation par gravité), puis introduit dans une trémie directement connectée au-dessus des rouleaux. Cette trémie est souvent équipée d’une ou plusieurs vis d’alimentation permettant de forcer l’introduction du matériau dans l’espace entre les rouleaux. Les vis permettent de générer une pression, de densifier le matériau et d’améliorer l’alimentation vers les rouleaux.

Figure 2 : Alimentation forcée de poudre vers la zone de pincement à l’aide d’une vis d’alimentation

• Désaération de la poudre : lorsque la poudre est densifiée, la porosité diminue, ce qui signifie qu’il y a moins d’espace pour l’air. L’air doit donc s’échapper de la poudre tout au long des premières étapes de densification, juste au-dessus des 2 rouleaux. Si la désaération n’est pas correctement réalisée, cela peut entraîner des défauts de qualité majeurs après compression, car, après être passé entre les 2 cylindres, l’air peut se détendre brusquement et briser l’agglomérat.
• Compression : la contrarotation des rouleaux permet d’entraîner le matériau dans la zone centrale entre les 2 rouleaux, de le densifier et de l’amener finalement vers la zone de pincement, où le travail de compression proprement dit commence. Un angle de pincement aide à définir cette zone. En traversant la zone de pincement, le matériau passe finalement dans l’espace entre les 2 cylindres, où il est soumis à une pression très élevée. C’est cette pression très élevée qui permet de compacter suffisamment la poudre pour l’agglomérer.
• Évacuation : la zone de haute pression entre les 2 cylindres est en réalité assez réduite ; immédiatement après le compactage, le matériau est donc évacué par les rouleaux contrarotatifs. Juste après l’évacuation, on observe un élargissement de la nappe de matériau compacté.

4. Applications des presses à rouleaux de compactage

• Pharmacie (conceptions hygiéniques spéciales généralement)
• Produits chimiques / Engrais / Détergents
• Carbonate de sodium, chlorure de sodium, sulfate de sodium, nitrate de sodium, chlorure d’ammonium, sulfate de fer, chlorure de calcium, additifs de fonderie
• Sulfate de sodium, chlorure de sodium, carbonates, cyanure de sodium, cyanure de potassium, sulfate de fer, bromure de potassium, acide borique, urée (pour briquetage)
• PK, NPK, chlorure de potassium, sulfate de potassium, sulfate d’ammonium, nitrate de potassium, phosphate, scories de potasse
• Acier
• Copes et tourures
• Déchets ou sous-produits
• Exploitation minière, minerais et industries minérales
• Oxyde d’uranium, oxyde de chrome, oxyde de fer, oxyde de zinc
• Chaux, dolomie, magnésie
• Poussière de minerai de nickel
• alumine, bauxite, chaux, dolomie, gypse, kaolin, magnésie, spath fluor, pigments de peinture, Soufre (pour briquetage)
• Oxydes métalliques (oxydes Waelz), oxydes de terres rares, hydroxyde de zirconium, ferro-alliages, trioxyde de molybdène, sable de zircon (pour briquetage)
• Charbons
• Catalyseurs
• Polymères
• Boues d'épuration séchées

5. Fabricants de presses à rouleaux de compactage

Les presses à rouleaux varient des petites machines pour l'industrie pharmaceutique aux systèmes très lourds pour les secteurs chimique, des engrais et minier. Il est donc crucial de sélectionner les produits d'une entreprise disposant d'une expérience solide et éprouvée, garantissant des machines fiables, performantes et faciles à entretenir. Parmi ces entreprises, la société Sahut-Conreur (sahutconreur.com) peut être citée.

Source

[Pietsch] *Procédés d’agglomération* (Phénomènes, Technologies, Équipements), Pietsch, Wiley-VCH, 2004