Brevet FR2656862A1 — publié le 19910712

La présente invention est relative à un procédé de préparation d'un ciment à base d'alumine, selon lequel on soumet un mélange uniforme de matières premières, tels que de l'oxyde de calcium et l'oxyde d'aluminium, à une opération de frittage primaire à une température de 1100 à 1400 "C, à une opération de refroidissement, à une opération d'hydratation, à une opération de frittage secondaire à la même température, et à une opération de refroidissement, de façon à compléter ainsi la préparation d'un ciment de haute qualité à base d'alumine, ayant une teneur en alumine de 80 à 90 %, et ayant de bonnes caractéristiques d'hydratation. Le procédé classique de préparation d'un ciment contenant 70 % d'alumine, est effectué en traitant à chaud un mélange de matières premières, en une seule étape à une température de 1500 à 1600 "C de façon à procéder à une fusion ou un frittage, et le clinker résultant est concassé en ajoutant ou non de l'alumine. Dans ce produit, la teneur en alumine n'est pas supérieure à 80 %, tandis que les principaux minéraux contenus dans celui-ci, comprennent CaO.A1203 et de l'alumine Q, en plus de faibles quantités de CaO.2Al203 ou de 12CaO.7Al203. Dans la fabrication d'un ciment ayant une teneur en alumine de 80 %, selon le procédé classique 1) si on effectue une fusion ou un frittage après accroissement de la teneur en alumine au-delà de la quantité classique, il subsiste une quantité trop importante d'alumine non atteinte à l'inté rieur du clinker, tandis que si l'on effectue une fusion ou un frittage à température élevée, le clinker résultant contient une quantité trop importante de CaO.A1203 qui a une faible capa cité d'hydratation ; et 2) si l'on ajoute de l'alumine en cours du concas sage du clinker, selon une quantité accrue par rapport à la quantité classique, le ciment ré sultant a une faible vitesse d'accroissement de résistance par hydratation. Il est en conséquence impossible de préparer un ciment ayant une vitesse d'hydratation élevée ainsi qu'une teneur en alumine élevée, comme celles du produit de la présente invention. Un but de la présente invention, consiste en conséquence à procurer un procédé de préparation d'un ciment, selon lequel on obtient un ciment de haute qualité à base d'alumine ayant une teneur alumine élevée (de 80 à 90 %), en activant la propriété d'hydratation de CaO.2A1203 dans le clinker, et en accroissant les quantités d'alumine ajoutées au cours du concassage du clinker ayant une teneur en alumine de 78,4 %. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de préparation d'un ciment de haute qualité à base d'alumine, caractérisé en ce qu'on effectue successivement une première opération de frittagehydratation et une deuxième opération de clinkérisation, à une température de 1000 à 1400 "C, de telle façon que la teneur en alumine dans le produit final, soit de 80 à 90 %. Le but précité est d'autres avantages de la présente invention, apparaîtront à la lecture de la description détaillée du mode de réalisation préféré de la présente invention, faite en référence au dessin annexé, sur lequel la figure unique est un schéma de principe du procédé de préparation du ciment de haute qualité à base d'alumine de la présente invention. Le procédé de préparation d'un ciment à base d'alumine selon la présente invention, est décrit en référence à la figure unique. Un mélange uniforme de matières premières, tels que l'oxyde de calcium et l'oxyde d'aluminium préparé selon le rapport de 2:1, est fritté à une température de 1100 à 1400 "C à laquelle l'oxyde de calcium libre ne subsiste pas, de façon à obtenir un clinker fritté primaire. L'oxyde de calcium et l'oxyde d'aluminium précités, comprennent ici des chaux artificielles (CaO, CaC03, Ca(OH)2), du calcaire de haute qualité, de l'alumine artificielle, de l'hydroxyde d'aluminium, de la bauxite blanche de haute qualité, etc. La principale caractéristique du clinker fritté primaire décrit ci-dessus, réside dans la formation d'une phase polyminérale à partir du groupe aluminate de calcium principalement dans CaO.A1203 et de l'alumine n'ayant pas réagi, et il peut être facilement concassé. La poudre de clinker primaire venue de concassage, a par ailleurs une hydraulicité importante, et si le clinker primaire est hydraté, on peut obtenir une pâte durcie ayant une dureté appropriée. La pâte durcie a une structure fine, comprenant de la gypsite, de l'aluminate de calcium hydraté, de l'aluminate de calcium non hydraté, et de l'alumine. L'opération suivante est effectuée de telle fa çon que la pâte durcie obtenue à partir de l'opération précédente, soit chauffée pour effectuer une décomposition thermique, et en élevant la température à 400-500 "C, la majeure partie de l'eau combinée est libérée, en conférant au produit de décomposition, les propriétés suivantes. Les contraintes apparaissant à la surface des hydrates et des produits de décomposition, dues à l'importante variation de volume au cours de la libération de l'eau combinée, sont ainsi atténuées par fragmentation fine et uniforme des produits de décomposition, de façon à ce que leur surface spécifique soit accrue jusqu'à un degré important, tandis qu'ils ont également une importante énergie interne en raison de l'abondance de liaisons cristallines et de tensions. En conséquence, si la pâte durcie est ensuite chauffée, 12Ca0.7A1203 et le produit de décomposition consistué par l'alumine non cristalline très réactive, ainsi que l'aluminate de calcium non hydraté et l'alumine, contenus dans la pâte durcie, réagissent facilement parmi les ingrédients, de sorte qu'il se forme un clinker comportant comme principal minéral, CaO.2Al203. Dans ces conditions, les surfaces spécifiques des particules, et l'instabilité des cristaux, sont brusquement réduites sous l'effet de la température de frittage par formation du clinker, et le chauffage doit être en conséquence arrêté, et on doit effectuer rapidement un refroidissement jusqu un stade auquel CaO.2Al203 se forme selon une quantité appropriée comme principal minéral du clinker, de façon à obtenir le clinker final. La principale caractéristique du clinker préparé selon le procédé decrit ci-dessus, est mentionnée cidessous. Le clinker comporte ainsi des phases minérales contenant CaO.2Al203 comme principal minéral, et de faibles quantités de CaO.A1203 et d'alumine a, et il peut être facilement concassé par comparaison à la technique classique. En outre, les particules du clinker ont une structure fine en ayant la morphologie des hydrates et des produits de décomposition thermique de l'opération intermédiaire, et les surfaces spécifiques sont en conséquence beaucoup plus importantes, même si le clinker est concassé jusqu'à la même taille particulaire que dans le cas du clinker classique. Les caractéristiques d'hydratation du ciment à base d'alumine préparées selon le procédé de la présente invention, sont en conséquence telles que la vitesse de dissolution initiale dans l'eau, est très élevée, et ces particules ont des structures fines capables de résister au revêtement par l'hydrate initial. Ceci donne lieu au fait que sa période d'induction est courte, et la vitesse d'hydratation très élevée. Conformément au procédé de la présente invention, la clinkérisation est possible à une température nettement inférieure, par comparaison à la technique classique, de même que l'accroissement du pouvoir réfractaire en augmentant la teneur en alumine jusqu'à 90 %. La surface spécifique est en outre accrue jusqu'à 20 000-30 000 cm2/g ce qui diffère du ciment classique ayant la même taille particulaire, en plus de l'amélioration de la résistance. Le clinker produit, est par ailleurs un clinker active poreux, et son aptitude au concassage est également meilleure. Le procédé de préparation d'un ciment de haute qualité selon la présente invention, va être décrit plus en détail à l'aide d'un exemple. Exemple On a préparé un clinker primaire fritté en mélangeant selon un rapport de 1:2, un calcaire (CaO 57,7 %, Silo2 : 1,88 %, Au203 : 0,81 %, Fe203 0,23 %, MgO : 0,46 %, Perte par calcination 43,02 %) concassé jusqu'à l'obtention de moins de 15 % de résidu sur un tamis de 88 iim, et de l'alumine artificielle, et le mélange a ensuite été chauffé à 1250 "C pour obtenir le clinker fritté primaire. Ce clinker primaire a été concassé jusqu'à l'obtention de moins de 15 % de résidu sur un tamis de 88 pm, et on a mélangé de l'eau selon un rapport de 1:2 de façon à ce que le mélange devienne une pâte. La pâte a ensuite été mise sous la forme de granulés ayant des diamètres de 15 à 20 mm, puis vieillie pendant 10 heures à une température de 30 OC à saturation d'humidité pour l'hydrater. On l'a ensuite chauffée à une température de 1100 "C pour obtenir un clinker secondaire fritté et activé. Avant l'hydratation, lorsque le clinker primaire a été concassé, la teneur en alumine a été maintenue à moins de 5 %, et la teneur finale en alumine dans le ciment final produit, a été ajustée en ajoutant une quantité supplémentaire d'alumine, de façon à produire ainsi que cela est requis, un ciment à 80 % de A1203 ou un ciment à 90 % de A1203. Tableau 1 Taille particulaire Résistances (après 24 h) Al203 (résidu sur tamis Résistance à Résistance à Pouvoir réfractaire de 88 m) la flexion la compression (kg/cm2) (kg/cm2) Produit classique 80 2,5 31,0 135 SK 36(1780 C) 80 2,5 90,0 540 SK 36(1780 C) Produit de la Présente invention 90 2,5 54,0 350 SK 38(1850 C) Le tableau 1 illustre les principales propriétés du ciment classique et du ciment de la présente invention en les comparant, et on remarquera d'après ce tableau, que les résistances ainsi que la capacité d'hydratation du produit de la présente invention, sont meilleures. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un ciment de haute qualité à base d'alumine, caractérisé en ce qu'on effectue successivement une première opération de frittage-hydratation et une deuxième opération de clinkérisation, à une température de 1000 à 1400 "C, de telle façon que la teneur en alumine dans le produit final, soit de 80 à 90 %. 2. Procédé de préparation d'un ciment de haute qualité à base d'alumine selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première opération de frittage est effectuée à une température de 1100 à 1400 "C, et en ce que le clinker primaire résultant est hydraté à une température de 20 à 50 "C à saturation d'humidité, de façon à accroître la surface spécifique. 3. Procédé de préparation d'un ciment de haute qualité à base d'alumine selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième opération de clinkérisation est effectuée à une température de 1000 à 1300 "C, de façon à facilement obtenir un clinker contenant un CaO.2Al203 fortement activé, par accroissement de la surface spécifique à 20 000 jusqu'à 30 000 cm2/g.