L’étude granulométrique du clinker

L’étude granulométrique du clinker

Qu’est-ce que le ciment?

Le ciment est un produit moulu issu du refroidissement du clinker qui contient un mélange de silicates et d’aluminates de calcium porté à 1450 – 1550 °C(température de fusion). Le ciment usuel est aussi appelé liant hydraulique,car il a la propriété de s’hydrater et de durcir ne présence d’eau et parce que cette hydratation transforme la pâte liante, en un solide pratiquement insoluble dans l’eau. Ce durcissement est dû à l’hy dratation de certains composés minéraux, notamment des silicates et des aluminates de calcium.L’expression de «pâte de ciment durcissant» sera ut ilisée pour désigner la pâte de ciment dans la transformation d’un état plus ou moins fluide en un état solide. Le ciment permet d’agréger du sable fin pour produire du mortier, des granulats et du béton.

Procédé de fabrication du ciment

Les différentes voies de fabrication du ciment

Il existe quatre procédés de fabrication du cimentqui différent entre eux par la nature du produit qui alimente le four :
La voie humide : La matière première, après son concassage, est délayée dans l’eau puis broyée en humide. La pâte obtenue est soigneusement dosée et homogénéisée pour alimenter ce procédé, c’est le plus ancien et presque totalemen abandonné à cause de la grande consommation énergétique.La voie semi-humide :La pâte obtenue, de la même manière que dans le procédé de la voix humide, est débarrassée d’une grande partie de soneau par filtration avant son introduction dans le four.La voiesemi-sèche :La matière première, après son concassage, est broyée à sec, homogénéisée puis granulée par ajout d’eau à l’entrée du four.La voie sèche: Après son concassage, la matière première est broyée à sec et homogénéisée, puis acheminée directement à l’entrée du four sous forme de farine. Ce procédé est le moins couteux par sa faible consommation calorifique.Quasiment toutes les cimenteries utilisent le procédé à voie sèche qui est plus avantageux, moins couteuxet donc celui qui est utilisé à HOLCIMRas El Maet sur lequel on va se baser pour décrire le procédé».

Le procédé de fabricationpar voie sèche (cas de HOLCIM Ras El Ma) a- Les matières premières utilisées

Les matières premières utilisées à HOLCIM : Le calcaire, l’argile, le schiste, les minerais de fer, la fluorine et le gypse,seront décrites ci-dessous :
Calcaire
L’usine HOLCIM n’est pas aléatoirement installée à Ras El Ma mais c’est à cause de la richesse de cette région d’une roche sédimentaire qui est le calcaire ; c’est le constituant majeur du clinker, il représente 80%.
D’ailleursla réaction chimique de base de la fabrication du ciment commence avec la décomposition du carbonate de calcium (CaCO3) en chaux (oxyde de calcium, CaO) accompagnée d’un dégagement de gaz carbonique (CO).
Argile
L’argile est une roche sédimentaire, composée par une large part de minéraux spécifiques, Silicates en générales d’aluminium plus ou moins hydratés, qui présentent une structure feuilletée qui explique leur plasticité.Le gisement de l’argile se situe dans une région d’Azrou, Il intervient dans le ciment par sa composition riche en alumine et silicate.
Le schiste
Le schiste est une roche métamorphique d’origine sédimentaire (souvent une argile) qui sous l’action de la pression et de la température, a acquis un débit régulier en plans parallèles que l’on appelle plan de schistosité. Le gisement du schistese situe dans la région de Séfrou à 45 Km de l’usine.
Minerai de fer
Le minerai de fer provient d’une carrière se trouvant à 17km d’Azrou. Il intervient pour compenser le manque de Fe2O3.
Fluorine
La fluorine est une espèce minéralecomposée de fluorure de calcium, de formule idéaleCaF2 avec des traces : Ce, Si, Al, Fe, Mg, Eu, O, Cl, et des traces de composés organiques. Ces différents ions expliquent les multiples couleurs et zones coloréesrencontrées pour ce minéral.Le gisement de la fluorine se situe dans la région deMidelte.
Le clinker et les ajouts (Calcaire et gypse) sont broyés pour former le produit final qui est le ciment.
Le gypse
Le gypse, minéral courant composé de sulfate de calcium hydraté (CaSO , 2H O), est un minéral
sédimentaire très répandu, Il est ajouté au clink etr éventuellement avec d’autres constituants au moment du broyage pour produire les ions sulfates nécessaires pour réguler la prise du ciment et améliorer les performances finales.

Extraction et concassage

L’extraction
L’extraction consiste à extraire les matières premières vierges (comme le calcaire et l’argile), à partir de carrières naturelles à ciel ouvert. Ces matières premières sont extraites des parois rocheuses par abattage à l’explosif ou à la pelle mécanique. Les matières premières après extraction sont acheminées par des dumpers vers le concasseur.
Figure 3 : La carrière du calcaire HOLCIM Ras El Ma
Le concassage
L’atelier de concassage est situé à 50 m de la carrière calcaire. Il comprend un concasseur à marteau à doublerotor, qui convient pour le concassage de t outes matières friables ou demi–dures.La marche du concasseur est entièrement automatisée, lui conférant un fonctionnement optimum et très sécurisé.
Le concasseur de débit 1500t/h peut concasser des blocs de dimensions maximales 1.3mètre. Lagranulométrie des produits à la sortie du concasseur est à 99% inférieure à 100mm.
Le dépoussiérage de l’atelier de concassage, par unfiltre à manches, permet la récupération des matières très fines pour les remettre dans le circuit.
Blocs Calcaire + Argile (~ 1,3 m)
Rotor tourne inversement à l’autre
Mélange (calcaire + argile) (d <100 mm)
Figure 4 : Principe du concasseur à double rotor

Pré homogénéisation

Les blocs du calcaire et d’argile sont concassés en même temps pour donner un mélange qui est la matière principale de la fabrication du cru avec des proportions bien déterminés (78% calcaire et 22% d’argile), cette répartition est contrôlée par un PGNAA (Prompt Gamma Neutron Activation Analysis). Ce dernier donne des informations importantes sur la composition chimique du mélange et sur les proportions de chaque composé chimique, ces données vont être interprétées ensuitpar la salle de contrôle du concasseur.

Broyage du cru

Le broyage du cru est une opération qui consiste à préparer un mélange homogène avec une bonne répartition granulométrique pour assurer les meilleures conditions de cuisson de la farine. Il consiste à l’introduire dans le broyeur à cru dans lequel il subit des actions mécaniques pour l’obtention de la farine. La farine obtenue (une poudre fine de dimension comprise entre 0 et 200 µ) est stockée par la suite dans un silo d’homogénéisation.En fonction de la composition chimique des différentes matières premières de la farine crusortie du broyeur, le mélange des différentes matières se fait de manière automatique par des doseurs à bande pilotés à partir du laboratoire par un système de gestion du cru PGNAA.Le broyage et le séchage des matières premières sefait dans un broyeur vertical à deux paires de galets avec un séparateur incorporé. Le séchage dela matière est assuré par les gaz chauds en provenancede la tour de préchauffage et du refroidisseur en cas de besoin. La matière fine à la sortie du séparateur est récupérée sous forme derinefa dans les cyclones et dans le filtre cru.
Proportions des matières premières dans le cru:
Pour avoir une bonne composition chimique du cru dépendant de la composition chimique de chaque matière première et pour limiter les quantités des impuretés, on fait une optimisation de la composition chimique à l’aide de 3 équations :
• Equation 1: Taux de saturation en chaux :
Cette équation détermine la quantité de chaux nécessaire pour saturer les trois autres oxydes (SiO2, Al2O3, Fe2O3)
• Equation 2: Module silicique :
La deuxième équation nécessaire est celle qui détermine la relation entre la quantité de SiO d’une part et la quantité d’AlO et Fe O d’autre part. Ce rapport s’appelle, le module silicique. Il caractérise bien le produit en ce qui concerne le apport solide / liquide en zone de cuisson.

Homogénéisation

La farine produite est récupérée dans des transporteurs à chaine qui alimentent un élévateur à godets et à bandes, elle est stockée par la suite dans le silo d’homogénéisation et de stockage. Le remplissage de ce silo se fait à partir d’un pot de distribution fluidisé. Ce mode d’alimentation en quatre points permet une meilleure répartition de la matière dans le silo et augmente l’efficacité de l’homogénéisation qui se fait dans un pot situé àal sortie du silo.

Cuisson

La cuisson s’effectue selon le procédé à voie sècheintégrale. La ligne de cuisson est constituée de deux tours de préchauffage à cinq étages de cyclones chacune ainsi qu’un précalcinateuret un four rotatif de 3.8 mètre de diamètre et de 62 mètre delongueur et dont la vitesse de rotation peut atteindre 5 tours /min.L’air secondaire chaud qui vient du refroidisseur situé en aval pénètre dans le four en étant mélangé à l’air primaire de combustion et traverse le four à contre-courant de la matière.La flamme résultante de la combustion du coke de pétrole se trouve à l’extrémité la plus basse du four. La matière est introduite à l’autre extrémitéet avance lentement sous l’effet de la rotation et de la pente du four.Pour protéger la virole du four et ses équipements auxiliaires et pour éviter les pertes de chaleurs importantes, le four rotatif est garni de briques réfractaires, adaptées aux nécessités de chaque zone, et au fur et à mesure de l’avancement de la matière dans le four, elle complète sa décarbonatation à une température de 1450°C, La matière qui sort du four est le clinker qui se présente sous forme de grains gris foncés rrondisa dont les dimensions sont irrégulières.

Refroidissement

A l’aval du four, le clinker sort avec une température qui dépasse 1400 °C et chute vers 100°C dans le refroidisseur pour subir une trompe rapide afin de figer les C3S et de les empêcher de redevenir des C2S, ce qui influe sur la qualité du clinker en matière de sa composition et qui influe par la suite sur l’atelier de broyage cuitcar les C 2S sont difficile à broyer.Les refroidisseurs permet tent aussi de baisser la température du clinker pour faciliter lamanutention et le stockage.

Broyage du ciment

A la fin de la cuisson, le clinker se présente sousforme de grains d’un diamètre compris entre 5 et 40 mm environ.Ces granulats seront broyés avec des ajouts (gypse, calcaire), et à des pourcentagesdifférents selon la qualité souhaitée ud ciment (CPJ35, CPJ45 et CPJ55), au niveau du broyeur dans des proportions prédéfinies pour subir des efforts mécaniques du broyage et produire ainsi le ciment qui est d’une finesse inférieure à 40 microns. Dans le but d’augmenter le débit de production du ciment, l’usine HOLCIM Ras El Ma utilise deux broyeurs qui fonctionnent simultanément (BK3 et BK4) : Un broyeur à boulets d’un débit de 25 t/h
Les expéditions comprennent le stockage du ciment et son conditionnement. Acheminés vers les silos de stockage par transport pneumatique ou mécanique, les ciments quittent l’usine en sacs (92.81%de l’expédition) ou en vrac (7.19% de l’expédition). Les sacs contiennent généralement 50 kg de ciment te l’ensachage atteint fréquemment 100 t/h. Les sacs sont acheminés vers des palettiseurs qui constituent des palettes de 1500 kg transportées par camion. Le ciment livré en vrac est transporté par camion-citerne.

Le contrôle qualité du ciment

Les cimenteries modernes sont aujourd’hui fortement automatisées. Les ordinateurs analysent en permanence les données transmises par les capteurs disposés en différents points de l’unité de production. De la salle de contrôle, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, les techniciens supervisent l’ensemble des phases de la production.
Les résultats de ces contrôles effectués au sein dulaboratoire sont utilisés pour la correction des consignes des doseurs et que rectifie automatiquement la salle de contrôle.Dans le laboratoire de HOLCIM Ras El Ma, on trouve des différentes procédures chimiques et physiques nécessaires pour effectuer ces contrôles.

Les essais chimiques

Analyse par spectrométrie de fluorescence-X

C’est une technologie moderne qui facilite la tâche d’exploitation de plusieurs résultats. Le principe de cette analyse consiste à sur-broyer l’échantillon à analyser dans un sur-broyeur pour avoir des granulats de dimension très fins. Par la suite on met presque 15 g dans un pressoir hydraulique pour former ainsi une pastille qu’on va la mettre en contact avec les rayons X dans un analyseur par fluorescence. Les résultats sont traités automatiquement par l’ordinateur qui nous affiche le pourcentage en chaque constituant. Les résultats de ces contrôles sont utilisés pour la correction des consignes des doseurs qui sont rectifiées automatiquement par la salle de contrôle et pour su ivre la conformité du produit dans tout le procédé.
Domaine d’application : Matière première, Cru, farine chaude, Clinker etCiment.
Figure 9 : Spectromètre de fluorescence-X

Détermination de la teneur en fluorine

La fluorine est la plus chère des matières premières entrant dans la composition du mélange cru, ceci exige beaucoup de soin et de précision au niveau de l’analyse de sa teneur dans les produits intermédiaires à fin de réaliser la qualité souhaitée du produit final. L’ajout de la fluorine comme agent minéralisateur permet de baisser la température de cuisson du clinker,améliorer sa qualité, et par suite réduireles dépenses énergétiques et le coût de la tonne du ciment (utiliser moins de clinker minéralisé (plusréactif) dans le ciment).
Mode opératoire:
Dans un creuset en Nickel, on mesure :
• 0.5g d’échantillon à analyser (clinker)
• 4g d’Hydroxyde de sodium NaOH.
NaOH est capable de transformer la fluorine CaF2 (Insoluble dans l’eau) en NaF (Soluble dans l’eau) pour pouvoir faire l’analyse des ions fluoru res, et ceci doit être fait à une température très élevée.
• Introduire le creuset dans le four à une température de 500°C jusqu’à la fusion des deux constituants pendant environ 5min.
L’attaque à 500°C permet de transformer la silice S iO2 en silicate de sodium Na2SiO3, et l’alumine Al2O3 en aluminate de sodium NaAlO2 selon les deux réactions suivantes :
SiO2 + 2 NaOH Na2SiO3 + H2O
Al2O3 + 2 NaOH2 NaAlO2 + H2O
• Sortir le creuset et l’attaquer directement à l’aid e d’un chalumeau jusqu’à ce que le contenu du creuset se colore en rouge (entre une à deux min utes).
• Laisser le creuset refroidir (entre deux à trois mi nutes).
• Dans un bêcher contenant environ 100ml d’acide citrique 1.5M, on plonge le creuset refroidi. Une réaction violente se déclenche entre l’acide etle contenu du creuset. À l’aide d’une baguette, on complète la mise en solution de la masse contenue dans le creuset. La solution ainsi obtenue est d’une couleur jaune claire.
• Dans une fiole jaugée de 250 ml, on verse la solution obtenue et on complète avec de l’eau distillée.
• Pour déterminer la teneur en fluorine, dans un bêcher de 50ml, on verse 10ml d’échantillon, 10ml de la solution TISAB et 10ml d’eaudistillée. L’ensemble est porté sous agitation magnétique.
• La mesure est lancée en appuyant sur la toucheMEAS PRINT.
• Le résultat est affiché et imprimé automatiquement.

Les essais physiques et mécaniques a. La prise du ciment

Cet essai a pour but de déterminer le temps de prise pour un ciment, c’est à dire la durée qui s’écoule entre l’instant où le liant (ciment) est mis en contact avec l’eau de gâchage et le début de prise. Sous l’effet d’une charge de 300 g, le début de prise est marqué par l’arrêt de l’aiguille dans le mortier à une distance de 4mm ±1mm du fond de moule .On mesure alors le temps de début de prise. Le temps de fin de prise est celui au bout duquel l’aiguille ne s’enfonce pas plus de 0,5 mm dans le mortier.
Le temps de fin de prise est appelé temps de prise.L’intervalle de descente de l’aiguille est de 10 minutes.Le mode opératoire consiste à mélanger une quantité de 500g du ciment avec de l’eau nécessaire pour avoir une pâte du ciment.

Table des matières

Introduction Générale
Organisation du travail
Chapitre I : Présentation de la société HOLCIM
I- Présentation générale de la société HOLCIM
istorique de HOLCIM-Maroc
a cimenterie de HOLCIMFès (Ras El Ma)
es principales activités de HOLCIM (Ras El Ma)
rganigramme de la cimenterie HOLCIM (Ras El Ma)
Chapitre II : Le procédé de fabrication et le contrôle qualité du ciment
I- Qu’est-ce-que le ciment ?
II-Le procédé de fabrication du ciment
es différentes voies de fabrication du ciment
e procédé de fabrication par voie sèche (cas de HOLCIM Ras El Ma)
es matières premières utilisées
xtraction et concassage
ré Homogénéisation
royage du cru
eomogénéisation
fuisson
gefroidissement
h-royage du ciment
i- tockage et expédition
III-Le contrôle qualité du ciment
es essais chimiques
analyse par spectrométrie de fluorescence-X
bétermination de la teneur en fluorine CaF2
es essais physiques et mécaniques
a prise du ciment
ésistance à la flexion et à la compression
Chapitre III : L’étude granulométrique du clinker
I-Généralités sur le clinker
II-Critères chimiques et minéralogiques du clinker
ompositions chimiques du clinker
erformances du ciment et éléments mineurs du clinker
a chaux libre
bes éléments mineurs
es minéralisateurs et les fondants
III-Etude granulométrique du clinker
lassification des particules par tranches granulométriques
étermination de la composition chimique
raitement statistique des résultats d’analyse
a normalité
bnalyse de la variance à un seul facteur
c’est de comparaison entre deux variances (test de Fisher)
d-est de conformité d’une moyenne (test de Student)
valuation des résultats d’analyse du clinker
érification de la normalité des données (test de Shapiro Wilk)
valuation de l’influence du facteur taille (ANOVA-1)
est de Fisher
tude des tranches granulométriques de chaque tranche du clinker
omparaison de la moyenne des résultats d’analyse du clinker avec
celle définie par le laboratoire (test de Student)
onclusion
Conclusion Générale

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