Soutenance mémoire
Le kaolin est une argile blanche, douce et plastique composée principalement de fines particules sous forme de plaquettes (Asmatulu, 2002). Le kaolin fait partie de notre environnement, ses utilisations sont multiples sa blancheur et sa plasticité le rendent particulièrement approprié pour un usage extensif comme charge, agent d’allongement, matière première pour la céramique et comme pigment. C’est également une matière première importante pour les réfractaires, et un catalyseur dans les industries du ciment et des fibres de verre.
Le kaolin est utilisé dans de nombreuses applications, c’est un minéral unique qui reste chimiquement inerte sur une plage relativement large de pH et possède un excellent pouvoir couvrant lors de son utilisation comme pigment ou agent d’étirement pour les applications de revêtement et de bouchage. Il est également non abrasif et possède une faible conductibilité thermique et électrique. Ses deux plus importantes applications sont le couchage du papier pour masquer les fibres de la pâte à papier et la production de produits céramiques de haute qualité. Il est également utilisé dans de nombreux autres processus industriels (Abdel-Khalek. 1996). La formation des argiles est inscrite dans le cycle géologique de l’écorce terrestre qui est composée essentiellement de roches silicatées. Quand ces granites, gneiss, schistes et laves océaniques ou continentaux divers sont soumis aux intempéries, ils s’altèrent pour donner des argiles qui sont transportées dans les bassins sédimentaires où elles se déposent, avec ou sans transformations. Enfin, si les sédiments s’enfouissent vers les zones profondes où la pression et la température augmentent, les argiles recristallisent en illites et chlorites par diagenèse, et ensuite en micas, feldspaths et silicates de profondeur. C’est la complexité de l’histoire géologique des phyllosilicates qui en fait la grande diversité de composition chimique, minéralogique, de morphologie et de caractéristiques physico-chimiques. Cette diversité est aussi la source de leurs multiples applications (Koneshloo, 2007).
PROPRIETES ET USAGES DES ARGILES KAOLINIQUES
Les argiles sont des matières premières naturelles utilisées depuis l’antiquité dans de nombreux domaines. Ces matériaux argileux constituent souvent des mélanges naturels complexes des minéraux dont la granulométrie et les propriétés physico-chimiques sont très variables (Belamri, 2008). La définition de l’argile est double ; une roche sédimentaire meuble, imperméable, grasse au toucher, imbibée d’eau et qui peut être façonnée. Du point de vue géologique, l’argile est une roche sédimentaire, composée pour une large part de minéraux spécifiques, aluminosilicates plus ou moins hydratés, eux-mêmes nommés argiles. Les « ball clays » sont des argiles plastiques constituées principalement de kaolinite avec une contribution mineure d’illite. Ces argiles assurent la plasticité nécessaire à la mise en forme et la cohésion avant cuisson. Elles jouent également un rôle de ciment des composés réfractaires lors du chauffage (Koneshloo, 2007). Le kaolin est utilisé dans de nombreuses applications, c’est un minéral unique qui reste chimiquement inerte sur une plage relativement large de pH et possède un excellent pouvoir couvrant lors de son utilisation comme pigment ou agent d’étirement pour les applications de revêtement et de bouchage. Il est également non abrasif et possède une faible conductibilité thermique et électrique. Ses deux plus importantes applications sont le couchage du papier pour masquer les fibres de la pâte à papier et la production de produits céramiques de haute qualité. Il est également utilisé dans de nombreux autres processus industriels (Murray H. 1963). Une usine d’enrichissement (SOALCA-ENOF) en kaolinite est actuellement en activité sur le site qui utilise le procédé de lévigation sur le minerai brut dans des cyclones, puis filtré et décanté pour porter la concentration de la kaolinite à des taux > 65 % en poids pour le kaolin KT2. Des résidus de quartz et des micas y persistent donc en proportions appréciables (entre 10 et 20 % en poids), ainsi que les impuretés difficiles à éliminer, en particulier l’oxyde de fer qui provoquent, lors de la cuisson, des effets de couleur (coloration grisâtre) indésirable pour certaines applications, mais qui peut dégrader aussi la réfractarité des matériaux élaborés avec ce kaolin.
Argiles
Le terme ˵Argile˶ trouve son origine dans le mot grec ˵Argilo˶ dont la racine ˵Argos˶ signifie blanc. L’argile est une matière première depuis la plus haute antiquité. Elle est utilisée par toutes les civilisations ; c’est ainsi que les plus anciennes céramiques du monde ont été découvertes sur les berges du fleuve Amour en Russie orientale. Trois sites sont à noter :
Gasya, Gromatukha et Chemigovka. Les datations radiocarbones sont de 10.875 12.960 BP pour Gasya, 10.400-13.300 BP pour Gromatukha et 8.000- 11.000 BP pour Chemigovka (Hyland et al. 2002). En Extrême-Orient, on a trouvé des figurines datées de – 10000 ans. On a signalé des découvertes d’objets en argile, au Proche Orient, au bord du Niger, dans le Hoggar vers – 9300 ans et un peu plus tard, au Sud-Ouest du Fezzan (Caillère et al. 1989) Les constituants des argiles sont des minéraux, qui sont extrêmement petits (Meunier, 2006). Pour en connaître la nature, la structure et la classification, il a fallu attendre les techniques raffinées qui se sont offertes aux minéralogistes au XXème siècle. Les minéraux argileux sont en forme de feuilles ou de lattes microniques, d’où leur nom de phyllites. Ils appartiennent, comme les micas au groupe des phyllosilicates. Chaque cristal est composé de quelques centaines de feuillets empilés, de taille nanométrique. C’est la structure du feuillet élémentaire qui caractérise l’espèce minérale. Chaque feuillet est composé de deux, trois ou quatre couches planes associées (Millot, 2002) .
Il existe deux sortes de couche, selon que les oxygènes ou hydroxyles sont associés en tétraèdres ou en octaèdres. Dans la couche tétraédrique, la cavité des tétraèdres est occupée par le cation silicium, qui peut être substitué par de l’aluminium. Dans la couche octaédrique la cavité octaédrique est occupée par des petits cations de (Al3+, Fe3+, Mg2+). Au cas où les charges positives et négatives ne s’équilibrent pas, il en résulte une charge du feuillet et d’autres cations viennent se loger entre les feuillets pour équilibrer l’édifice. Ici résident les capacités d’échange des argiles et leur pouvoir adsorbant. Les minéraux de la famille de la kaolinite : kaolinite, halloysite, dickite et nacrite sont des minéraux à deux couches. Une couche tétraédrique à cœur de silicium et une couche octaédrique à cœur d’aluminium. La formule chimique structurale est Si2Al2O5(OH)4. L’équidistance interfoliaire est de 7 Å. Les illites sont des argiles à trois couches, une couche octaédrique associée avec deux couches tétraédriques dans lesquelles une partie des siliciums est remplacée par des aluminiums. Les ions aluminium de la couche octaédrique peuvent être remplacés par les ions Mg et Fe et les ions K assurent la neutralité de l’ensemble, en positions interfoliaires. L’équidistance interfoliaire est de 10 Å. Les smectites ou la famille de montmorillonites sont bâties sur le même modèle que les illites. La variation de composition du groupe des smectites est liée à la présence de différents cations échangeables, faiblement retenus étant donné la faible charge cationique. Les smectites comprenant des cations divalents Mg ou Ca contiennent 2 couches d’eau dans l’interfoliaire. L’équidistance interfoliaire est de.14-15Å. Par contre, les smectites avec des cations monovalents comme le Na ne contiennent qu’une seule couche d’eau (d = 12 Å). Les minéraux argileux sont parmi les plus importants, sinon les plus importants, de nos minéraux industriels. Des millions de tonnes sont annuellement utilisés dans une grande variété d’applications. Les progrès de la technique, tant en ce qui concerne le traitement des matières premières que l’élaboration de produits nouveaux, élargissent sans cesse le domaine de leurs applications (Javy, 1971). Ces minéraux ne se rencontrent pas isolément, mais dans des roches composées d’un mélange de minéraux typiques des argiles et d’autres minéraux ou matériaux associés (quartz, oxydes de fer, calcite, débris végétaux). Les argiles comme la plupart des minéraux industriels sont utilisées sans subir de processus très compliqué de traitement. Ceux-ci se limitent souvent à des opérations de broyage et sélection, à sec ou par voie humide, et à un contrôle de la granulométrie. (Koneshloo, 2007) .
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Propriétés et usages des argiles kaoliniques
I.1. Introduction
I 2. Argiles
I.3. Aperçu sur les silicates
I.3.1. Classification cristallochimique des silicates
I.3.1.1. Nésosilicates
I.3.1.2. Sorosilicates
I.3.1.3. Cyclosilicates
I.3.1.5. Téctosilicates
I.3.1.6. Phyllosilicates
phyllosilicates T.O ou 1.1
phyllosilicates T.O.T ou 2.1
phyllosilicates T.O.T.O ou 2.1
I.4. Classification des kaolins
I.4.1. Groupe des Talcs – Micas – Montmorillonites
I.4.2. Groupe des Chlorites
I.4.3. Groupe de kaolinites
I.4.3.1. kaolinite
I.4.3.2. Dickite et nacrite
I.4.3.3. Halloysite
I.4.3.4. Kaolinites désordonnées (ferclay minérals)
I.4.3.5. Serpentines et homotypes de la kaolinite
I.5. famille des minéraux interstratifiés
I.6. Minéraux à pseudo-feuillets et à faciès fibreux
I.7. Kaolins
I.7-1- Formation
I.7.1.1- Kaolins primaires ou kaolins résiduels
I.7.1.2. Kaolins secondaires ou sédimentaires
en eau douce
en eau de mer
I.7.2. Structure de la Kaolinite
I.7.3. Propriétés physico – chimiques de la kaolinite
Capacité d’échange cationique
I.7.4. Cristallinité des kaolins
7.5. Propriétés thermiques
I.7.6.Couleur
I.7.7. Forme et taille
I.7.8. Dureté
I.8- Principaux usages industriels du kaolin
I.8.1. Céramiques
I.8.2. Dans les émaux
I.8.3. Réfractaires
I.8.4. Matériaux de construction
I.8.5. Papier
I.8.6. Applications médicales et cosmétiques
I.8.6.1. Utilisations modernes pharmaceutiques
I.8.6.2. Produits de beauté
I.8.9. Peintures
I.8.10. Caoutchoucs
I.8.11. Polymères
I.9. Kaolin dans le monde
I.10. Kaolin en Algérie
I.11 Conclusion
Chapitre II : Géologie du gisement de kaolin de Tamazert
II.1. Introduction
II.2. Historique du gisement
II.3. Minéralogie des kaolins
II.4 . Géologie locale
II.4.1. Situation géographique
II.4.2. Relief et végétation
II.4.3. Climat
II.4.4. Morphologie du gisement
Corps Central
Corps Nord et Oriental
Corps Nord
Corps Oriental
Corps de Sidi Kader
II.4.5. Formations géologiques
II.4.5.1. Les gneiss feldspathiques
II.4.5.2. Schistes micacés
II.4.6. Tectonique
II.5. Conclusion
Chapitre III : Traitement du kaolin et préparation industrielle
II.1. Traitement du kaolin
II.2. Traitement par voie sèche
II.3. Traitement par voie humide
II.3.1. Enrichissement du kaolin par lixiviation
II.3.2. Enrichissement du kaolin par séparation gravimétrique
II.3.4. Enrichissement du kaolin par flottation
II.3.5. Floculation sélective
II.4. Influence de pH sur la récupération et la luminosité de kaolin (floculation sélective)
II.4.8. Séparation magnétique à gradient élevé
II.4.9. Enrichissement du kaolin par procédé biologique
II.4.10. Broyage ultrafin
II.4.11. Calcination
II.5. Description du processus de fabrication de l’entreprise SOALKA
II.6. Conclusion
Chapitre IV : Caractérisation physico-chimique du kaolin de Tamazert
IV.1. Introduction
IV.2. Méthodologie de travail
IV.2.1. Prélèvement et préparation d’échantillons
IV.2.2. Prélèvement des échantillons
Prélèvement sur tas normaux
IV.2.3. Préparation des échantillons
IV.2.4. Homogénéisation et quartage
IV.2.5. Tamisage
IV.2.6. Broyage
IV.3. Caractérisation du kaolin de Tamazert
IV.3.5. Analyse granulométrique
IV 3.1. Caractérisation du minerai de kaolin de Tamazert par fluorescence X (FX)
IV.3.2. Caractérisation minéralogique
IV. 3. 3. Analyses par MEB
IV.3.4. Analyses par EDX
IV.5.6. Analyse granulométrique par laser
IV.6. Conclusion
Conclusion générale
