Brevet FR2355286A1 — publié le 19780113

La présente invention a pour objet un procédé d'analyse quantitative des différentes phases d'un platre provenant d'un gypse d'origine naturelle ou artificielle et un dispositif pour sa mise en oeuvre Un platre est un mélange comportant notamment du gypse de formule CaS04, 2H20, du plâtre semi-hydrate CaS04, 1/2 H20 et de l'anhydrite insoluble ou surcuit de formule CaSO4. Ces différents composants ne difèrent que par le nombre de molécules d'eau rattachées au groupement formulaire CaS04. Suivant les proportions relatives des différents composants, il est possible de faire varier les propriétés d'un plâtre. C'est ainsi que pour obtenir un plâtre à prise rapide, il convient que le mélange contienne peu de surcuit mais relativement beaucoup de gypse Dans ce cas, le temps d'hydratation est court, mais les propriétés mécaniques sont médiocres Pour obtenir un plâtre à prise lente, il convient que le mélange contienne surtout du plâtre semi-hydrate et du surcuit. Ce mélange a un temps de prise relativement long, mais possède de bonnes propriétés mecaniques. En réalité, le plâtre semi-hydrate n'est pas un composé parfaitement défini, et la formule CaS0 1/2 H20 ne correspond qu'â une composition particulière d'une solution solide eau - anhydrite soluble, comme il ressort de la figure 1 du dessin schématique annexe', qui représente un diagramme pression de vapeur d'eau température des différentes formes hydratées du sulfate de calcium La forme anhydrite soluble est limitée par les courbes LI et LII, LI formant la limite supérieure où la teneur en eau est maximale, tandis que la courbe LII correspond à la limite inferieure, lieu des points de début de précipitation de l'anhydrite insoluble. Les courbes P (t) sont des courbes isostériques correspondant à des teneurs en eau particulieres de la phase anhydrite soluble. Globalement, la teneur en eau de cette phase peut être représentée par la formule brute CaS04, gH20 dans laquelle E varie de façon continue entre pratiquement 0 et 0,66. La composition CaSO4, 1/2 H20 correspond à la courbe P (t= = 0,5). La courbe G du diagramme traduit les variations de la tempera ture de début de déshydratation du gypse en fonction de la'vapeur d'eau. Pour les raisons indiquées precedemment, il est particulière ment important de pouvoir effectuer une analyse quantitative des différentes phases d'un plâtre, afin de déterminer lors de sa fabrication, si celui-ci correspond bien aux spécifications requises. Pour ce faire, il est actuellement utilisé une méthode empirique extrêmement longue, puisque nécessitant une période de 48 heures, pendant lesquelles il convient d'effectuer des pesées à des échéances précises. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un procédé permettant de réaliser un dosage rapide et précis des différentes phases d'un plâtre. A cet effet, le mélange est amené à une température TB qui, en pratique, est inférieure à la température T définie par l'intersection de la courbe G et de la courbe isostérique pression de vapeur d'eau - température P E = 0,5, la pression de vapeur d'eau PB étant supérieure à la pression PA du point A défini précédemment. La pression P est de l'ordre de 40 à 50 Torrs. Il est nécessaire que le point B appartienne à une isostère très voisine de G de manière à ce que la contribution à la variation de masse globale, dûe à la réaction CaS04, # H2O#CaSO4, 1/2 H2O soit négligeable vis-à-vis de celle qui accompagne le passage CaSO4, 2H2O # CaSO4, 1/2 H2O. Il est procédé, dans ces conditions, à un relevé de la masse du mélange solide de valeur mBs qui représente la masse totale initiale de ltéchantillon. Tout en maintenant la pression constante à la valeur PB, il est procédé à une augmentation de la tempe rature de manière à amener le mélange au point C appartenant à l'isostère P = 0,5, tel que T soit supérieure à TA Le gypse contenu dans le mélange se transforme alors en plâtre.Il est procedé à un second releve de la masse du mélange solide donnant la valeur mC inférieure à mB. Il est opportun de realiser un chauffage lent pour le passage de TB à Tc, afin d'éviter de dépasser la température C, auquel cas le mélange ne se trouverait plus sur un isostère P ( E= 0,5) mais P g ou pourrait être très nettement inférieur à 0,5, ce qui fausserait les résultats. Ce procédé consiste ensuite, en maintenant toujours la pression de vapeur d'eau constante à la valeur PB à augmenter la tem pérature de façon importante, même rapidement, de façon a ce que le plâtre se transforme totalement en anhydrite insoluble. Lorsque la composition du mélange se trouve en un point D du diagramme annexé, il est procédé à un dernier relevé de la masse du solide donnant la valeur mD inférieure à mc.Si - mG est la masse du gypse, - m la masse de plâtre, p - ma la masse d'anhydrite insoluble, - # m1 la différence entre mB et mC, - # m2 la différence entre mC et mD, - Mg, Mp, Ma, représentant les masses molaires respectives du gypse, du plâtre à # = 0,5, et de l'anhydrite insoluble, il est possible d'établir les masses respectives de départ des trois constituants par les formules élémentaires suivantes et ma = mB - Cm g p g La masse de gypse est déterminée en tenant compteede la variation de masse accompagnant la transformation de gypse en plâtre, la masse de plâtre est obtenue en tenant compte de la variation de masse accompagnant la transformation de plâtre en anhydrite insoluble, la masse d'anhydrite insoluble étant obtenue par différence à partir de la masse initiale du mélange Les figures 2 et 3 du dessin annexe représentent un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé et une courbe enregistrée à l'aide de ce dispositif. Le dispositif représenté a la figure 2 comporte une enceinte thermorégulée 2 à 1'intérieur de laquelle est montée une thermobalance 3. A cette thermo-balance est suspendue une coupelle 4 contenant le me lange à analyser et placée dans un tube 6. Cette thermo-balance mesure la masse du so-lide en continu et est associée à un enregistreur 5. La coupelle 4 est située au-dessus d'un récipient 9 contenant de l'eau La coupelle 4 est montée à 11intérieur d'un four 7 à proximité duquel est placé le récipient 9. La chaleur dispensée par le four au récipient va permettre une certaine évaporation de l'eau et le maintien à l'intérieur du tube 6 d'une hygrométrie sensiblement constante. Pour que la-pression de vapeur dteau soit constante, il convient de déterminer la position la plus favorable du récipient 9 afin que celui-ci ne subisse pas d'augmentation trop importante de la température lors du chauffage du four. Il est, par ailleurs, prévu un programmateur régulateur de température 8 permettant rétablir un cycle de chauffage du four en fonction du temps. Un tel appareil présente l'intérêt qutil ne nécessite aucune manipulation.En effet, le cycle de chauffage se réalise automatiquement, et les variations de masse sont enregistrées selon un diagramme correspondant à celui de la figure 3. I1 suffit donc, en fin d'expérience, de mesurer les valeurs #m1 et #m2 avant d'effectuer des calculs simples indiqués ci-dessus pour connaître la composition du mélange. Selon une variante d'exécution de de ce dispositif donnant des résultats plus précis, le maintien à valeur constante de la pression de vapeur d'eau nest pas obtenu par chauffage d'un récipient 9 contenant de l'eau, par le four 7. Le récipient est alors écarté du four et placé dans une enveloppe thermorégulée, à une température inférieure à celle de tout le reste de l'installation fixee par l'enceinte 2.De ce fait, il ne subit pas les effets des variations de la température du four et permet le maintien d'une hygrométrie rigoureusement constante. Lalprécision des résultats dépend, en outre, de la sensibilité du thermo-analyseur et, comme il a été indiqué précédemment, de la vitesse de montée en température du point 3 au point C. C'est ainsi que, selon les conditions opératoires, la preci- sion de la méthode peut varier de 3 %, lorsque la durée de l'expérience est de 1 heure, à 1 % lorsque la durée de l'expérience est de 24 heures, les échantillons considérés contenant 7 % de gypse. Un dernier facteur à prendre en compte pour la précision des résultats est la composition même du mélange, une forte diminution de la teneur en gypse abaissant la precision du dosage de ce constituant. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seuls modes de mise en oeuvre de ce procédé ni aux seules formes d'exécution du dispositif décrits ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. - REVENDICATIONS 1. - Procédé d'analyse quantitative des différentes phases d1 un plâtre provenant d'un gypse d'origine naturelle ou artificielle, caractérisé en ce qutil consiste à amener le mélange à une température inférieure à la température définie par l'intersection de la courbe traduisant les variations de la température de déshydratation du gypse en fonction de la pression de vapeur d'eau et de la courbe isostérique pression de vapeur dseau - température P ( E = 0,5), E étant la fraction daleau contenue dans la solution eau-anhydrite soluble et pouvant varier de 0 à o,66, à une pression de vapeur d'eau supérieure à la pression définie par l'intersection des deux courbes précitées, et à effectuer une pesée dans ces conditions puis, tout en maintenant la- pression de vapeur d'eau constante, à augmenter la température du mélange jusqu'a l'amener à celle définie par l'isostère P ( C= 0,5) pour la pression de vapeur d'eau considôrôe, et a effectuer une pesée dans ces nouvelles conditions, et enfin, toujours sous une pression de vapeur d'eau constante, à chauffer le mélange jusqu'a une température dont on est certain qutelle corresponde pour le mélange à de l'anhydrite insoluble, avant d'effectuer une nouvelle pesée, puis en connaissance des masses molaires des diffôrentes phases, à calculer les masses de gypse en tenant compte de la différence entre les deux premières pesées, de plâtre semi-hydrate en tenant compte de la différence entre les seconde et troisième pesées, puis dtanhydrite par différence entre la masse du mélange initial et les masses des- deux autres composants. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du mélange lors de la première pesée est peu inférieure à la température~definie par la courbe de variation de la température de déshydratation du gypse en fonction de la pression de vapeur d'eau, pour la pression de vapeur d'eau considérée. 3. - Procédé selon ltune quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la masse du mélange à analyser est mesurée de façon continue et enregistrée. 4. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vitesse de montée en température correspondant à la transformation du gypse en plâtre, est très lentes afin d'amener le mélange à une température située aussi près que possible de ltisostère P ( = 0,5), sans depassement de celle-ci. 5. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pression de vapeur d'eau à laquelle est effectuée la transformation du mélange est de l'ordre de 40 à 50 Torrs. 6. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une thermo-balance à laquelle, à l'intérieur d'un tube, est suspendue une coupelle contenant le mélange à analyser, des moyens de chauffage associés à un régulateur-programmateur, un enregistreur, et un dispositif permettant d'opérer sous pression de vapeur d'eau constante, l'ensemble étant placé dans une enceinte thermoréguléew 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont constitués par un four à l'intérieur duquel est placé le tube contenant le mélange à analyser, au cours de l'expérience. 8. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le dispositif permettant d'opérer sons pression de vapeur d'eau constante est constitué par un récipient d'eau thermostaté. 9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le dispositif permettant d'opérer sous pression de vapeur d'eau constante est constitué par un récipient d'eau placé à une distance déterminée des moyens de chauffage.