Brevet FR2182810A1 — publié le 19731214

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un clinker pour ciment Portland, procédé selon lequel on part d'un mélange de matières premières contenant un laitier de haut fourneau, mélange qui a la composition chimique voulue, et on le calcine à haute température, c'est à-dire à au moins 13500. Il est courant de broyer le clinker de ciment, après le. refroidissement, avec une petite quantité de sulfate de calcium Jouant le relue de retardateur de prise, ce qui donne un ciment Portland, et éventuellement avec un laitier de haut fourneau (jusqu'à 85 % par rapport à la somme du clinker et du laitier), ce qui donne un ciment de haut fourneau, et/ou avec du trassj ce qui donne un ciment de trass ou un ciment de trass/haut fourneau. On sait que, dans la composition brute d'un clinker de ciment Portland, les concentrations des divers ingrédients doivent osciller entre les limites approximatives suivantes: pour CaO : de 61 à 69 X pour SiO: de 18 à 24 % pour A1203 + TiO2: de 4 à 8 % et pour Fe203: de 1 à 8 %. Il peut également y avoir de petites quantités d'autres oxydes. L'origine de ces oxydes n'a guère dl importance pour les propriétés du produit final, pourvu que, lors de la cuisson, les différents constituants réagissent les uns a.vec les autres aussi complètement que possible. Pour favoriser les réactions mutuelles, on a l'habitude, depuis très longtemps, de broyer d'abord, aS mouillé ou à sec, les matières premières, avantageusement Jusqu'à ce qu'unie proportion d'au plus lO fi de ces dernières aient une granularité supérieure à 200 microns. Comme matières premières couramment utilisées on citera le carbonate de calcium sous la forme de calcaire ou de marne (CaCO3 + argile), l'argile ou des schistes contenant SiO2Al2O3 et, en général, un peu de Fe203 , et des additifs ferrifères, tels que des cendres de pyrites ou du minerai de fer. Lors de la calcination le carbonate de calcium se décompose ctn CaO, lequel réagit avec les autres constituants en formant les sels voulus, à savoir le silicate tricalcique, le silicate dicalcique, l'aluminate tricalcique et ltaluminate- ferrite de calcium. Les matières premières peuvent être mélangées et broyées soit à l'état sec, soit au mouillé, et donner ainsi une farine fine ou une boue fine. C'est cette farine ou cette boue que l'on introduit dans le four de frittage. Il était connu d'utiliser le laitier de haut fourneau en tant que l'un des constituants de la matière première à introduire dans le four. le haut fourneau fournit géneralement ce produit sous la forme d'un sable (sable de laitier) ayant une granularité d'au plus 5 mm et contenant de 26 à 38 % de SiO2, de 9 à 18 * de Lui203, de O à 3 % de Fie203 et de 35 à 48 * de CaO. Par ccnséquent , le laitier de haut fourneau contient relativément trop peu de CaO pour la fabrication d'un clinker de citant Portland et il ne peut entre mis en jeu que lorsqu'on ajoute CaO ou un produit générateur de CaO. Jusqu'alors , lorsqu'on incorporait un laitier de haut fourneau à la matière devant être chargée dans le four on le faisait après avoir broyé le mélange à sec jusqu'à la faible dimension particulaire usuelle pour la charge du four. Le broyage au mouillé du laitier de haut fourneau avec de la chaux ou des générateurs de chaux ne conduit pas, en effet, au résultat souhaité car le laitier de haut fourneau a des propriétés hydrauliques latentes. Il réagit avec l'eau en présence d'un activeur, tel que la chaux, le sulfate de calciui ou le ciment Portland. Ud mélange aqueux contenant a laitier de haut fourneau broyé ainsi que de la chaux ou des générateurs de chaux durcit partiellement ou totalement , à tel point que ce mélange ne peut pas être travaillé de la maniere habituelle, et cela même s'il n'y aqu'une petite quantité de laitier de haut fourneau broyé. Pour introduire du laitier de haut fourneau dans le four de frittage une autre méthode connue consiste à injecter à l'état de poussière le laitier très finement broyé, éventuellement avec de la poussière de four à ciment, dans la flamme chauffant le four tournant. Le laitier est alors fondu et les particules fondues véhiculent une importante quantité de chaleur de la flamme au contenu du four. Dans tous ces cas il fallait broyer finement tous .les corps introduits dans le four, ce qui entra1A.nait des fris relativement élevés. Cela étant, la Demanderesse a trouvé que l'on peut faire des économies substantielles sur les frais de broyage si l'on introduit dans le four le laitier de haut fourneau non broyé, sous la forme du sable de laitier ayant une granularité moyenne supérieure à 0,2 mm et, ordinairement, supérieure à 0,5 mm. Le laitier de haut fourneau peut alors titre mélangé au préalable , au mouillé ou à sec, avec les autres matières, ou être introduit séparément dans le four tournant. Dans ce dernier cas, le mélange se fait dans le four. Bien que ses particules soient d'assez grandes dimensions le laitier est transformé, facilement et complètement, en clinker de ciment Portland, avec lequel on peut fabriquer, par broyage et mélangeage avec les additifs halbi* tuels, les divers types de ciment; Ces produits sont, en tous points, équivalents aux produits connus. On a constaté qu'il est parfaitement possible de mettre en oeuvre-ce laitier de haut fourneau non broyé, en le mélangeant avec une bouillie broyée due matières premières fines, sans qu'il se produise alors un durcissement hydraulique. Rappelons qu'un tel durcissement se produit bel et bien lorsqu'on mélange un laitier de haut fourneau finement broyé avec la bouillie fine. En plus de l'abaissement des frais de broyage et de la possibilité d'utiliser le laitier de haut fourneau lors de la mise en oeuvre au mouillé de matières premières, l'emploi du laitier de haut fourneau comme matière première pour la fabrication d'un clinker a un autre avantage. En effet, il est généralement nécessaire que la matière première fournissant la chaux soit transformée, par cuisson dans le four, en CaO. La cuisson de CaC03 en CaO (appelée décarbonatation) exige de la chaleur et, par conséquent, du oombustLle Par contre, le laitier de haut fourneau contient déåà une quantité importante de chaux décarbonatée qui est unie à SiO2 etjou A1203 si bien que l'emploi d'un laitier de haut fourneau comme matière première économise du combustible. Un ne trouve, dans la littérature, qu'un seul cas où un laitier de haut fourneau non broyé a été incorporé à la charge du four, à savoir dans le brevet allemand NO 82.210 qui ite de l'année 1895. Dans ce brevet on propose de préparer une charge pour le four à partir des matières premières'habi- tuelles à l'état pulvérulent, selon la composition usuelle, d'ajouter en outre à ce mélange une certaine quantité de sable de laitier non broyé (laitier de haut fourneau), puis de fritter le mélange et de le laisser refroidir de manière à obtenir,. non pas le clinker de ciment dur habituel, mais une masse friable, se cassant facilement. Ce brevet se rapporte au produit des fours d'alors, c'est-à-dire des fours à cuve et des fours annulaires. Le produit obtenu conformément à l'invention, par exemple dans un four tournant, n'est pas friable et cela est dA à 11 emploi du laitier de haut fourneau non broyé dans le mélange de matières premières. D'après ce qu'on sait aujourd'hui le caractère friable du clinker de ciment du brevet cité plus haut ne doit pas etre attribué aux propriétés ou à la forme du laitier de haut fourneau mais à une teneur élevée en C2S (2 CaO.Xi02) et au lent refroidissement du clinker le ciment, qui font.que le clinker, du fait de la transformation du C2E ss en C2S Y associée à une augmentation de volume, peut se désagréger. Cette teneur élevée en C2S entrasse toutefois une diminution des propriétés hydrauliques du clinker de ciment. Les matières premières à utiliser pour la fabrication d'un clinker de ciment Portland peuvent, si on le désire, ne comprendre que le laitier de haut fourneau associé à des additifs, tels que du calcaire ou des cendres de pyrites , en des proportions telles que la teneur voulue en CaO et, éven tuellementzen Fe203 soit atteinte. Mais on peut aussi mettre en jeu des quantités quelconques d'autres matières premières usuelles, telles que du schiste broyé, de l'argile, de la marne et du sulfate de calcium, de manière à former un mélange ayant la composition globale correcte, le mélange de laitier de haut fourneau et de générateurs de chaux ne constituant alors qu'une partie de la charge du four. Il est clair que les avantages précédents sont d'autant plus marqués que la teneur en laitier de haut fourneau dans la charge du four est plus grande 'est la raison pour laquelle on utilise de préférence, selon l'invention, au moins 2 * en poids et,mieux encore, au moins 5 % en poids, de laitier de haut fourneau non broyé, lesdits pourcentages étant rapportés à la matière sèche de la charge du four. Dé3à avec ces quantités relativement faibles l'avantage est particulièrement net. Le clinker obtenu conformément à l'invention ne diffère pas , ou pratiquement pas, du clinker de ciment Portland habituel, en ce qui concerne la composition et les propriétés. Ce clinker, de mEme que le clinker de ciment Portland obtenu de façon connue, peut entre broyé avec les quan- titra habituelles de sulfate de calcium en tant que retardateur de prise, et donner ainsi un ciment Portland. On peut également travailler le clinker obtenu selon l'invention pour en faire un client Portland au fer ou un ciment de haut fourneau en broyant ledit clinker, à sec, avec du sulfate de calcium et avec un laitier de haut fourneau. Pour comparer le procédé conforme à l'invention au procédé connu on a effectué deux essais. Dans le premier on a mélangé du calcaire, du silex (SiO2), de la cendre de pyrite et du schiste, dans la proportion voulue, et on a broyé le tout dans de l'eau dé 'a- nière à obtenir une boue fine. La composition chimique de ce mélange, rapportée à la matière ne perdant plus de poids par calcination, est la suivante : 4 % de Si02, 5,3 % de Al2O3, 2,8 % de Fe2O3, 66,9 % de CaO, 1,3 % de kgO le reste constituant 1,3 *, et les granularités se répartissent de la façon suivante : ) 200 microns 2*. > 90 n 25 * > 63 " 40 * > 32 " 50 % On introduit ce mélange, alors qu'il est encore mouillé, dans un four tournant et là on le calcine pendant une durée de séjour d'environ 150 minutes à une température maximale d'environ 14500. On abtient ainsi un clinker qui fournit, après un broyage effectué de la manière habituelle, un excellent ciment Portland. Dans le deuxième essai on prépare de la même manière une bouillie fine en broyant, dans de l'eau, du calcaire ,du silex et de la cendre de pyrites dans la proportion voulue. Cette fine bouillie a la meme répartition granulométrique que celle du premier essai. La composition chimique, rapportée à la matière ne perdant plus de poids à la calcination,est la suivante : 1743 % de SiO2, 2,3 % ae Al2O3 , 3,1 % ae Fe2O3, 75,5 % de CaO, 1,3 % de kgO, le reste représentant 0,5 *. Parce que cette fine bouillie n'a pas la bonne composition permettant d'en faire un client Portland on y ajoute 40 p. en poids de sable de laitier (par rapport au mélange ne perdant plus de poids à la calcination). la composition chimique du sable de laitier est la suivante : 34,3 % de SiO2, 12,8 * de A1203 , 2,2 % de Fe203, 41,8 % de CaO , 5,8 % de ZgO, le reste représentant 3,1*. la distribution granulométrique du sable de laitier est la suivante : > 2,4 mm 5 * > 1,2 n 30 % > 0,6 in 65 % > 0,2 n 95%. bXeme au bout de quelques heures, la suspension ainsi formée ne présente pas de phénomènes de durcissement hydraulique et peut être cuite de la môme manière que le mélange du premier essai, dans le même four tournant, pour entre transforméeen un clinker de ciment Portland. La durée de séjour dans le four est d'environ 150 minutes et la température maximale est également d'environ 14500. trime dans le four on n'observe pas, au cours du séchage de la masse introduite à l'état humide, de phénomènes de durcissement hydraulique ni de formation de grumeaux. Après la cuisson on obtient un excellent clinker qui, apres avoir été broyé comme à l'accoutumée, fournit un ciment Portland qui, par ses propriétés, ne diffère sensiblement pas du ciment obtenu à partir du mélange du premier essai. Les essais précédents sont relatifs au procédé par voie humide, mais on peut aussi utiliser du sable de laitier dans le procédé à sec. Dans ce procédé on utilise, comme charge du four, au lieu d'une bouillie fine, de la farine ayant une composition correspondant à celle de la matière seche d'une bouillie fine. Lorsque le sable de laitier est mis en jeu dans le procédé à sec les réactions se déroulent de la môme façon que dans le cas où l'on met en oeuvre du sable de laitier avec ure bouillie fine. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un clinker de ciment Portland partir d'un mélange de matières premières ayant la composition chimique voulue et contenant un laitier de haut fourneau et de la chaux ou une matière engendrant de la chaux lors de la cuisson, parcuisson à haute température, procédé caractérisé en ce qu on introduit dans le four le laitier de haut fourneau non broyé, sous la forme de sable de laitier ayant ute granularité moyenne d'au moins 0,2 mm, avec les autres constituants broyés. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fabrique le mélange de matières premières par le procédé au mouillé et on ajoute le sable de laitier à une fine bouillie des autres matières premières. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu on introduit le sable de laitier séparément dans le four à ciment, où on le mélange avec la bouillie fine ou la farine fine. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendica tious 1 à 3, caractérisé en ce qu'On met en jeu, par rapport à la matière sèche de la charge du four, au moins 0,2 % en poids de préférence au moins 5 % en poids, de laitier de haut fourneau non broyé. 5.- Procédé de fabrication d'un ciment Portland, d'un ciment de haut fourneau, d'un ciment de trass ou d'un ciment de trass/haut fourneau, par broyage d'un clinker de ciment Portland avec les additifs habituels, procédé caractérisé en ce qu'on met en jeu un clinker de ciment Portland fabriqué par le procédé spécifié à l'une quelconque. des revendications 1 à 4.