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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Sup

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Saad Dahlab Blida Faculté des Sciences de l’Ingénieur Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme de Master en Technologie des Matériaux Thème Réalisé par : dirigé par: S.RESSAM Mr D. TOUIL Influence de la température du clinker et du tuf sur le procédé de broyage du clinker à ciment Promotion 2010-2011 32 Conclusion générale Des expériences de broyage du clinker à ciment et du mélange clinker-tuf sont effectuées dans un broyeur à boulets de laboratoire. L’influence de la température de ces matériaux à leur aptitude au processus de broyage est mise en évidence. Les principaux résultats sont résumés comme suit:  Le procédé de broyage du clinker se caractérise par une faible efficacité de transfert d’énergie, la majeure partie de l’énergie utilisée est dégradée en chaleur.  L’incorporation de 25% de tuf au clinker participe d’une manière significative à l’amélioration du processus de broyage.  La diminution de la température du clinker est favorable à l’amélioration du procédé de broyage.  L’augmentation de la température du tuf est aussi favorable à l’amélioration de ce procédé.  Pour une variation de température de 180°C, la production de surfaces atteint des valeurs respectives de 497 et 291 cm2/g.  Il est d’intérêt pour le secteur cimentier national de contrôler au mieux la température du clinker après refroidissement à des valeurs faibles. 2 Chapitre I Le broyage du clinker dans l’industrie du ciment 3 Introduction Le ciment est une matière pulvérulente formant avec l’eau une pâte liante, capable d’agglomérer, durcissant et atteignant en peu de jours son maximum de résistance. Après durcissement cette pâte conserve sa résistance et sa stabilité, même sous l’eau. Son emploi le plus fréquent est sous forme de poudre utilisée avec de l’eau pour agréger du sable fin et du gravier (granulat) pour donner le béton. Les ciments Portlands artificiels sont actuellement les ciments les plus utilisés dans le monde. Un ciment artificiel est un produit provenant du broyage d’un semi–produit désigné sous le nom de clinker avec du gypse et éventuellement d’autres matériaux, appelés ajouts, pouvant présenter une aptitude similaire au clinker du point de vue des résistances mécaniques. Dans ce chapitre, nous présentons les grandes lignes du processus de fabrication du ciment, tout en précisant l’intérêt du procédé de broyage du clinker. I.1 Processus de fabrication du clinker par voie sèche Les techniques des procédés de fabrication du clinker se distinguent, entre elles, par le nombre de stades de préparation de la matière première avant son introduction dans le procédé de cuisson. Bien entendu, les considérations économiques restent primordiales, dans le choix d’une technique de fabrication qui soit en concordance avec la nature de la carrière. Les processus d’élaboration ont profondément évolués au cours de ce siècle. Les procédés de fabrication du clinker par voie sèche supplantent progressivement les procédés par voie humide, semi- sèche et semi-humide. Les procédés par voie sèche constituent à ce jour les modes d’élaboration du clinker les plus modernes et les plus performants. La fabrication et la mise en œuvre du clinker par voie sèche passent par différentes étapes de transformations physico-chimiques sous l’action d’importantes quantités d’énergie mécanique et thermique tel qu’illustré en figure I.1. Comme son nom l’indique ce procédé utilise une matière sèche où les étapes de séchage se déroulent à l’extérieur du système de cuisson. La récupération d’une grande partie des calories contenues dans les gaz du four et l’absence de déshydratation en font la méthode la moins vorace en consommation d’énergie thermique. I.1.1 Extraction et préparation de la farine crue Les matières premières utilisées en cimenterie (calcaire et argile) sont extraites du sol par l’intermédiaire de carrières. Ces carrières sont généralement à ciel ouvert, car l’exploitation en est plus facile. Quelques rares usines qui exploitent certains bancs de composition 4 particulièrement avantageuse sont obligés de travailler en carrière souterraine. Les méthodes d’extraction sont différentes suivant que l’on doit extraire un matériau tendre ou dur. Figure I.1 : Procédé de fabrication de ciment par voie sèche La préparation de la matière première destinée à passer dans le four constitue une étape fort importante de la fabrication du ciment. Cette préparation consiste essentiellement à :  Réduire les matériaux à l’état de fines particules  Doser les proportions et homogénéiser soigneusement l’ensemble des différents constituants Les matières premières doivent être réduites en poudres et séchés, les deux opérations s’effectuant simultanément. Rappelons qu’une poudre dont les grains ne dépassant pas 200 µm ne peut se manipuler facilement que si sa teneur en eau est inférieure à 1 ou 2%. Les matières premières utilisées en voie sèche contiennent généralement moins de 20% d’eau. Lorsque les matières premières sont de qualité régulière, on effectue immédiatement après le broyage et le séchage un dosage approximatif qui permet de s’approcher de la composition cherchée. Il ne reste plus ensuite qu’à mélanger les contenus de différents titres variés dans les proportions cherchées. En pratique on s’aperçoit qu’une farine est plus difficile à homogénéiser et demande des contrôles plus fréquents et des manipulations plus nombreuses. La préparation du cru consiste à réaliser un mélange homogène de calcaire, d’argile et éventuellement de matériaux complémentaires dans les proportions permettant d’obtenir un clinker dont la composition chimique respecte les limites précisées par le tableau I.1. Ce tableau indique les valeurs usuelles dans lesquelles s’inscrivent les compositions des crus de cimenteries dans leur ensemble. En fait, une usine donnée ne peut se permettre que des variations très réduites par rapport à une composition optimale propre. Il faut donc élaborer des mélanges des matières de base de calcaire, d’argile ou argilo-calcaire (marnes), de façon Fumées Air primaire Clinker Clinker Air sec Farine Fumées Fumées Echangeur à cyclones Four rotatif Refroidisseur Broyeur Sécheur Farine Matière première Energie Air exhaure Energie Air 5 à obtenir la composition chimique voulue. Il est très souvent nécessaire d’affiner cette composition par l’ajout d’autres produits de carrière ou de sous produits industriels. Tableau I.1 : Teneurs des oxydes dans le cru Teneur % Oxyde CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO K2O, Na2O SO3 Limite 60-69 18-24 4-8 1-8 < 5 < 2 < 3 Moyenne 65 21 6 3 2 1 1 I.1.2 Cuisson du clinker La cuisson est le processus de transformation de la farine crue en clinker, par un apport thermique suffisant, pour obtenir des réactions chimiques complètes conduisant à la formation des principaux composés de ce semi-produit (clinkérisation). Le procède de cuisson (figure I.2) comporte : - un système de préchauffage du cru - une partie pour la décarbonatation - une partie pour la clinkérisation - un refroidisseur Figure I.2 : Exemple d’une ligne de cuisson par voie sèche 6 Le préchauffage de la farine crue, ayant un refus au tamis de 160 m (de l’ordre de 1 à 1,5%) et une humidité de 8 à 9%, s’effectue dans la partie supérieure du préchauffeur à suspension (cyclones). La décarbonatation a lieu dans la partie basse du préchauffeur et la partie amont du four rotatif. La clinkérisation se fait toujours dans la partie aval du four rotatif. Les gaz chauds sont produits dans le four par combustion de charbon, de fuel, de gaz ou de tout produit à haut pouvoir calorifique. Des ventilateurs situés après le préchauffeur et le refroidisseur véhiculent les gaz à travers ces installations. Après passage dans le préchauffeur, la farine progresse vers l’aval sous l’effet de la rotation et la pente du four. Au fur et à mesure de son acheminement, la matière s’échauffe jusqu'à clinkérisation vers 1400 à 1500°C. A la sortie du four, le clinker d’une forte hétérogénéité granulométrique (0,1 – 40mm) tombe dans un refroidisseur où se produisent les échanges thermiques permettant une récupération de chaleur et le refroidissement du clinker. Le clinker d’une forte hétérogénéité granulométrique (0,1– 40mm), comprend essentiellement les deux silicates de calcium 3CaOSiO2 (C3S) et 2CaOSiO2 (C2S). L’aluminium et le fer passent, en majeure partie, à l’état de 3CaOAl2O3 (C3A) et d’une solution solide de composition approximative 4CaOAl2O3Fe2O3 (C4AF). Les proportions de ces éléments dépendent des carrières et du déroulement de la cuisson. La détermination numérique de la composition des phases du clinker d’après Bogue cité par [1] fournit des valeurs indices pour la composition réelle des phases. Pour un clinker de ciment portland normal, on admet que : O Fe 1,43 - O Al 6,72 - SiO 7,60 - CaO 4,07 S C % 3 2 3 2 2 3  (I.1) S C 0,75 - SiO 2,87 S C % 3 2 2  (I.2) 3 2 3 2 3 O Fe 1,69 - O Al 2,65 A C %  (I.3) 3 2 4 O Fe 3,04 AF C %  (I.4) Ces phases représentent environ 95% de la masse du clinker et sont constituées par les quatre oxydes CaO, SiO2, Al2O3 et Fe2O3. Les composants secondaires du clinker sont les oxydes MgO, SO3 (sous forme de l’ion SO4 2-), K2O, Na2O, et autres. Les abréviations C3S, C2S, C3A et C4AF correspondent réellement à des uploads/Industriel/ theme-faculte-des-sciences-de-l-x27-ingenieur.pdf