CARACTERISATION DES TAS DE PHOSPHOGYPSE DE LA SOCOCIM ET DETERMINATION DE LEUR TAUX LIMITE D’UTILISATION DANS LE CIMEN

 Généralités sur le ciment

Définition

 Le ciment est le plus important matériau de construction de notre temps. Il est défini selon la norme NF EN 197-1, comme un liant hydraulique c’est-à-dire un matériau minéral finement moulu qui, gâché avec de l’eau, forme une pâte qui fait prise et durcit par suite de réactions et de processus d’hydratation et qui, après durcissement conserve sa résistance et sa stabilité, même sous l’eau.

Principales étapes de fabrication du ciment 

 Carrières

 Les principaux constituants du ciment, le calcaire et l’argile, sont des roches sédimentaires. L’extraction du minerai se fait par minage suivi du transport vers la station de concassage. Les 10 blocs sont concassés afin de réduire leurs dimensions pour obtenir des fragments de 25 à 90 mm. La SOCOCIM INDUSTRIES est équipée de deux concasseurs : ARBED (à rotors) et DUO6- 612 (à marteaux) de capacité de 500t/h chacun La SOCOCIM INDUSTRIES exploite principalement trois carrières : Pout (calcaire), Bandia (calcaire) et Bargny (marno-calcaire)  Préparation du cru de la cimenterie Pour obtenir une matière première dosée idéalement, un mélange précis et rigoureux est réalisé : c’est la pré-homogénéisation. Les matériaux sont disposés en tas, par un stacker, en couches successives horizontalement dans un hall où ils seront repris perpendiculairement, par un gratteur, de manière à obtenir une composition constante. Le mélange de matières obtenu est ensuite finement broyé en grains de dimensions inférieures à 200 microns. Le cru de la SOCOCIM est formulé avec 46% de calcaire, 52% de marnocalcaire et 2% de latérite. La poudre ou farine est ensuite stockée dans les silos d’homogéneisation (Figure 4).  Cuisson Elle correspond à la production de clinker par la cuisson de la farine « cru »: c’est l’opération la plus importante de tout le processus. Quatre voies de cuisson peuvent être utilisées : humide, semi-humide, semi-sèche et sèche, voie la plus employée aujourd’hui. Les installations de cuisson comprennent deux parties :  Préchauffage : la poudre est déversée dans une tour à cyclone sur plusieurs étages qui correspond à un échangeur de chaleur dans lequel circulent en sens inverse les gaz très chauds qui s’échappent du four. Le cru y progresse jusqu’à l’entrée du four proprement dit et est donc préchauffé à une température d’environ 800°C quand il atteint l’entrée du four. Sa décarbonatation commence.  Processus de clinkérisation : Le cru pénètre ensuite sous forme pulvérulente dans un four rotatif légèrement incliné qui tourne à un rythme de 1 à 2 tours/mn. La longueur du four varie de 30 à 110 m et est en général alimenté de coke de pétrole ou de charbon broyé. Dans le cas de la SOCOCIM INDUSTRIES la houille représente le principal combustible. Le cru en entrant dans le four achève 11 sa décarbonatation et chemine vers la zone de clinkérisation (1450°). L’intérieur des fours est en général revêtu de briques réfractaires, ce qui permet d’atteindre cette température de 1450°C nécessaire au phénomène physico-chimique qu’est la clinkérisation. Etapes de la cuisson : Rappelons que l’argile est principalement composée de silicates d’alumine qui se scindent sous l’effet de la chaleur en silice et alumine qui se combinent ensuite à la chaux provenant du calcaire pour donner des silicates et des aluminates de chaux. A partir de 650°C, le carbonate de calcium du calcaire subit une décarbonatation (CaCO3 → CaO + CO2). On obtient alors de la chaux vive (CaO) accompagnée d’un important dégagement gazeux (CO2). La chaleur sépare l’argile en silice (SiO2), en alumine (Al2O3) et en oxyde de fer (Fe2O3). A partir de 1300°C les réactions de clinkérisation se produisent : Oxyde de fer (Fe2O3) + alumine (Al2O3) + oxyde de calcium (CaO) → aluminoferrite tétracalcique (Ca4Al2Fe2O10) Alumine (Al2O3) + chaux vive (CaO) → aluminate tricalcique (Ca3Al2O6) Ces deux composés nouvellement formés constituent la phase liquide du mélange. Celui-ci progresse vers la partie la plus chaude du four. La silice (SiO2) et la chaux vive (CaO) réagissent entre elles : Silice (SiO2) + chaux vive (CaO) → silicate bicalcique (Ca2SiO4). S’il reste de l’oxyde de calcium (CaO) qui n’a pas encore réagi, la réaction peut se poursuivre : Silicate bicalcique (Ca2SiO4) + chaux vive (CaO) → silicate tricalcique (Ca3SiO5). Ainsi les principaux composants anhydres obtenus lors du refroidissement du clinker sont les suivants : Le silicate tricalcique : 3CaO, SiO2 ou C3S Le silicate bicalcique : 2CaO, SiO2 ou C2S L’aluminate tricalcique : 3CaO, Al2O3 ou C3A Le ferro aluminate tétracalcique ou aluminoferrite tétracalcique : 4CaO, Al2O3,Fe2O3 ouC4AF  Stockage du clinker et broyage du ciment Les granules de clinker, dont la taille varie de 5 à 40 mm de diamètre, sont stockées dans un silo ou à l’air libre. Elles sont ensuite finement broyées avec addition de gypse (3 à 5%) pour 12 réguler la prise et d’autres constituants. On obtient ainsi le « Ciment Portland ». L’addition des autres constituants permet de produire différents types de ciment suivant les normes établies. Les constituants principaux ainsi que le gypse et le phosphogypse sont stockés à l’air libre avec des dispositions particulières d’identification et de séparation à la SOCOCIM INDUSTRIES.  Stockage, conditionnement et expédition du ciment Après sa fabrication, le ciment est acheminé, par voies pneumatiques ou mécaniques, vers des silos de stockage. Chaque silo est dédié dans la plupart des cas à une qualité de ciment. Le ciment est ensuite soutiré des silos pour alimenter des ensacheuses ou être livré en vrac. SOCOCIM dispose de sept ateliers d’ensachage d’une capacité totale de 10 000 tonnes par jour. Les expéditions de ciment en sacs de 50 kg ou en vrac se font par voie routière, maritime ou ferroviaire. Le ciment peut aussi être livré conditionné en big-bags de 1,5 tonne. Remarque : des échantillons sont automatiquement prélevés à chacune des étapes de la transformation de la matière. Ils sont systématiquement analysés depuis la salle de contrôle où s’affichent toutes les informations. Figure 4: Schéma de la fabrication du ciment par voie sèche (KHERROUBI, 2014) 

 Différentes catégories de ciment

 Il existe plusieurs catégories de ciment, fonction de leur teneur en clinker et des autres constituants, répondant ainsi à un large éventail d’applications. Ci-dessous les catégories de ciment les plus courants :  Le Ciment Portland Artificiel (CEM I) : C’est un ciment Portland, qui contient au minimum 95 % de clinker et au maximum 5 % de constituants secondaires. Ce ciment convient à la fabrication du béton armé ou du béton précontraint où une résistance à la compression élevée à court terme est recherchée.  Le Ciment Portland Composé (CEM II)  CEM II/A : il contient au minimum 80% de clinker et 20% d’un autre constituant comme le laitier de haut-fourneau, les cendres volantes, les fillers calcaires.  CEM II/B : il contient au minimum 65 % de clinker et 35 % d’un autre constituant comme le laitier de haut-fourneau, les cendres volantes, les fillers calcaires  Le Ciment de Haut-Fourneau (CEM III)  CEM III/A : il contient entre 35 et 64% de clinker et au minimum 36% de laitier  CEM III/B : il contient entre 20 et 34% de clinker et au minimum 66% de laitier La SOCOCIM quant à elle produit quatre types de ciment :  CEM I-42,5 N  CEM II/B 42,5 Gaïndé  CEM II/B 32,5 R  CEM III/B-42,5 Le CEM II/B 32,5 représente à lui seul plus de 75% de la production de la SOCOCIM contrairement aux ciments spéciaux constitués par le CEM I et le CEM III et qui ne représentent que près de 3% de la production. N (normal) et R (rapide) représentent les sous-classes de résistance à 7 jours ; 42,5 et 32,5 désignent les classes de résistance normale à 28 jours exprimée en MPa.