Brevet FR3125524A1 — publié le 20230127

Composition à base d’argile pour matériau de construction L’invention concerne une composition à base d’argile pour matériau de construction, notamment pour liant hydraulique tel que du ciment, comprenant : - une ou plusieurs argiles « flashées » obtenues par calcination flash de la ou des argiles en particules à une température comprise entre 600 et 900°C pendant quelques secondes, suivie d’un refroidissement rapide, et - de l’oxyde de silice cristallisé, ou quartz, en particules. L’invention concerne également un liant, notamment hydraulique, comportant une telle composition, un procédé de fabrication d’une telle composition et l’utilisation de fines de lavage pour fabriquer une telle composition. Composition à base d’argile pour matériau de construction La présente invention concerne le domaine des matériaux de construction, et plus particulièrement de nouvelles compositions pour matériaux de construction, leurs procédés de fabrication et leurs utilisations pour la réalisation, notamment de liants hydrauliques tels que du béton ou du mortier. Il existe deux types de ciment, les ciments dits hydrauliques tels que les ciments Portland, et les ciments dis géopolymériques. Le ciment Portland est un matériau très utilisé dans le domaine de la construction, mais qui nécessite, pour sa fabrication, d’une part, la consommation de nombreuses ressources et, d’autre part, produit une quantité non-négligeable de polluants responsables, entre autres, du réchauffement climatique et des pluies acides. Par ailleurs, sa production nécessitait la cuisson de calcaire et d’argile à très haute température, de l’ordre de 1450°C. Les ciments géopolymériques sont à base de géopolymère minéral formé par la polymérisation d’oxydes d’aluminosilicate en présence d’un activateur alcalin. La production de ciment géopolymérique est significativement plus écologique que la production de ciment hydraulique étant donné que la formation d’une tonne de ciment hydraulique génère environ 1 tonne de CO 2 , alors qu’une tonne de ciment géopolymérique génère seulement environ 0,1 tonne de CO 2 . Cependant, les ciments géopolymériques présentent un coût économique plus élevé, ce qui limite leurs utilisations. Il est également connu de traiter thermiquement les argiles, et plus précisément les kaolins, destinées aux ciments, hydrauliques ou géopolymériques, notamment afin d’obtenir une forme déshydratée, plus précisément les méta-kaolins. La forme déshydratée des argiles, ou méta-argiles, est plus avantageuse pour une utilisation dans les ciments. Un tel traitement thermique permet notamment de limiter les ressources énergétiques nécessaires à la fabrication d’un ciment. La présente invention vise à résoudre les différents problèmes techniques énoncés précédemment. En particulier, la présente invention vise à proposer une composition pour matériau de construction permettant de diminuer encore plus l’impact environnemental de la fabrication du matériau de construction. Plus précisément, la présente invention vise à proposer l’utilisation de résidus de procédés industriels pour la fabrication d’une composition pour matériau de construction. Ainsi, selon un aspect, il est proposé une composition à base d’argile pour matériau de construction, notamment pour liant hydraulique tel que du ciment. La composition comprend : - une ou plusieurs argiles « flashées » obtenues par calcination flash de la ou des argiles en particules à une température comprise entre 600 et 900°C pendant quelques secondes, suivie d’un refroidissement rapide, et - de l’oxyde de silice cristallisé, ou quartz, en particules. Ainsi, la composition selon la présente invention est basée sur des résidus de procédés industriels de lavage de matières minérales, par exemple de lavage de terres excavées, de matériaux de carrière (sable ou granulats) ou de sédiments. De tels résidus présentent notamment l’avantage de comporter une proportion importante d’argiles nécessaires à la préparation d’un liant. L’utilisation de tels résidus permet donc d’économiser les ressources nécessaires classiquement à l’extraction de l’argile. Par ailleurs, et afin de limiter encore plus l’impact environnemental de la composition selon l’invention, les argiles sont traitées thermiquement à une température comprise entre 600°C et 900°C pendant quelques secondes, suivi d’un refroidissement, afin d’obtenir une forme déshydratée de ces argiles qui est particulièrement avantageuse pour la fabrication de liants. Un tel traitement thermique est notamment rendu possible, et particulièrement avantageux, par le fait que la composition récupérée, issue du lavage de matières minérales, est déjà sous forme de particules fines (ou poudre, ou sous forme pulvérulente), et ne nécessite donc pas nécessairement d’être préalablement broyée, mais éventuellement juste dés-agglomérée. En effet, l’argile flashée, ou méta-argile flashée, est obtenue par calcination flash, au contraire de méta-argile « classique » qui est obtenue par calcination dans un four rotatif pendant au moins 5 heures. Dans les deux cas, on obtient une activation de l’argile par désorption d’eau. La fabrication de la méta-argile flashée nécessite beaucoup moins d’énergie, est un procédé à faible émission de CO 2 et est moins complexe que celui de la méta-argile classique puisque la période de chauffe ne dure que quelques secondes et aucun broyage postérieur n’est nécessaire. De plus, la préparation de l’argile avant le traitement thermique est minimale. Son impact environnemental est donc plus faible et son coût est moins élevé. Enfin, la composition selon la présente invention comprend également de l’oxyde de silice cristallisé, ou quartz. La présence de cet oxyde découle directement de l’origine de la composition, puisque l’oxyde de silice cristallisé, ou quartz, est présent dans les matières minérales. La composition selon la présente invention exploite ainsi avantageusement la présence de cet oxyde, en mélange avec les argiles, qui est également sous forme de particules (ou sous forme pulvérulente). Les particules de quartz peuvent donc avantageusement former une charge minérale dans le liant obtenu à partir de la composition selon l’invention. En effet, le quartz permet d’augmenter la compacité, et donc la résistance du liant final, mais est souvent difficile et cher à broyer en raison sa dureté. Dans le cas de la présente invention, la présence de quartz, déjà sous forme de particules, permet d’améliorer les caractéristiques mécaniques du liant final sans augmenter le coût ou les ressources nécessaires à la fabrication dudit liant. Ainsi, la composition selon l’invention exploite avantageusement des résidus des procédés de lavage de matières minérales, classiquement appelés « fines de lavage », souvent inexploités et encombrants, pour former une composition riche en argile et en quartz, sous forme de particules. La composition selon l’invention découle directement du traitement thermiquement à une température comprise entre 600°C et 900°C pendant quelques secondes, suivi d’un refroidissement, de tels résidus, pour obtenir, avec des ressources limitées, une composition pour matériaux de construction. Préférentiellement, le pourcentage massique, notamment en matière sèche, d’oxyde de silice cristallisé est supérieur ou égal à 5%, de préférence supérieur ou égal à 10%, et plus préférentiellement compris entre 5% et 60%, voire entre 10% et 40%. La composition selon l’invention étant obtenue à partir des résidus de procédés de lavage de matières minérales, elle comporte donc une quantité d’oxyde de silice cristallisé, ou quartz, relativement élevée, et qui reste inchangée durant le traitement thermique (calcination flash) appliqué pour la déshydratation des argiles. Préférentiellement, le rapport, notamment en matière sèche, du pourcentage massique de l’oxyde de silice cristallisé sur le pourcentage massique d’une argile « flashée » ou d’argiles « flashées » est compris entre 0.2 et 3, de préférence entre 0.3 et 1.5. La composition selon l’invention comporte ainsi des proportions proches en argiles et en quartz, les argiles étant traitées thermiquement pour leur utilisation dans le liant, et le quartz jouant le rôle de charge minérale pour le liant. Préférentiellement, l’oxyde de silice cristallisé est mélangé à la ou aux argiles avant la calcination flash. La composition selon l’invention est obtenue à partir d’un mélange de particules d’argile et de quartz, notamment issues du lavage de matières minérales. Les particules d’argile et de quartz peuvent ainsi être traitées thermiquement en même temps, le quartz restant stable sous une température de 900°C notamment, pour préparer la composition selon la présente invention. Préférentiellement, le pourcentage massique de calcaire est supérieur ou égal à 2%, de préférence supérieur ou égal à 5%, et plus préférentiellement compris entre 5% et 40%. La composition selon la présente invention peut également comporter du calcaire, notamment et avantageusement issu également du lavage des matières minérales. Les particules de calcaire déjà présentes permettent de diminuer la quantité de calcaire à rajouter à la composition selon la présente invention, pour former le liant. En particulier, une température de flash calcination inférieure à 800°C permet d’activer les argiles sans calciner le calcaire. La présence de calcaire dans la composition selon la présente invention est donc avantageuse pour l’utilisation de ladite composition dans la fabrication d’un liant, et permet d’exploiter également un composé parfois important dans les résidus de lavage de matières minérales. Préférentiellement, 90% en masse, de préférence 95% en masse, des particules de la composition présentent une taille mesurée selon la norme NF EN ISO 17892-4, inférieure ou égale à 100µm, de préférence inférieure ou égale à 70µm. La composition selon l’invention est issue de résidus qui sont déjà sous forme de particules, ce qui permet d’y appliquer directement le traitement thermique sans nécessairement d’étape préalable de broyage, pour obtenir une composition selon l’invention sous forme de particules également. Une étape de dés-agglomération d’éventuels agrégats peut être effectuée préalablement au traitement thermique, le cas échéant. Préférentiellement, la composition comprend du métakaolin et au moins une argile flashée différente du métakaolin. Dit autrement, la composition selon l’invention ne comprend pas exclusivement du métakaolin en tant qu’argile flashée. Selon un autre aspect, il est également proposé un liant, notamment hydraulique, comportant notamment une composition à base d’argile telle que décrite précédemment. Le liant comporte ainsi à la fois de l’argile traitée thermiquement, du quartz comme charge minérale, et éventuellement du calcaire. Le liant ainsi obtenu peut être laissé tel quel. Le liant ainsi obtenu peut également être mélangé avec du ciment standard, par exemple à hauteur de 10% à 70%, de préférence de 20% à 40% en masse. Le liant ainsi obtenu peut également être mélangé à d’autres composants choisis parmi : laitier moulu de hauts fourneaux, charges calcaires, cendres volantes, activateurs chimiques, adjuvants, etc. Selon un autre aspect, il est également proposé un mortier ou béton comprenant une composition telle que décrite précédemment, ou un liant, notamment hydraulique, tel que décrit précédemment. Selon un autre aspect, il est également proposé un procédé de fabrication d’une composition à base d’argile pour l’obtention d’un liant, notamment hydraulique, tel que du ciment, dans lequel : - on récupère des particules issues du lavage de matières minérales, comportant une ou plusieurs argiles et de l’oxyde de silice cristallisé, ou quartz, - on applique un traitement thermique inférieur à une température comprise entre 600 et 900°C pendant quelques secondes, suivie d’un refroidissement rapide, sur lesdites particules, de manière à obtenir une composition à base d’argile « flashée » destinée à la fabrication d’un liant, notamment hydraulique. Les particules issues du lavage de matières minérales, ou fines, présentent une composition (argile, quartz et éventuellement calcaire) ainsi qu’une forme (particules fines) adaptées à la mise en œuvre d’un traitement thermique des argiles qu’elles contiennent en vue d’obtenir une composition pour un matériau de construction. L’utilisation de telles particules pour préparer une composition pour matériau de construction est d’autant plus avantageuse que de telles fines sont peu ou pas valorisées actuellement, de sorte qu’elles sont généralement stockées sans finalité particulière, ce qui les rend encombrantes et couteuses. Le lavage de matières minérales consiste à séparer les particules fines des fractions plus importantes. Une telle séparation est notamment obtenue à l’aide d’une solution liquide, principalement de l’eau. Le procédé de lavage peut ainsi comprendre des étapes de débourbage et/ou de criblage et/ou de classification. Préférentiellement, les particules issues du lavage sont préalablement émottées et/ou dés-agglomérées et/ou broyées et/ou séparées, par exemple tamisées, afin d’obtenir les particules présentant une granulométrie voulue. Préférentiellement, le pourcentage massique d’oxyde de silice cristallisé est supérieur ou égal à 5%, de préférence supérieur ou égal à 10%, et plus préférentiellement compris entre 10% et 40%. Préférentiellement, le rapport, notamment en matière sèche, du pourcentage massique de l’oxyde de silice cristallisé sur le pourcentage massique d’une argile « flashée » ou d’argiles « flashées » est compris entre 0.2 et 1.2, de préférence entre 0.3 et 1. Selon un autre aspect, il est également proposé une utilisation de particules issues du lavage de matières minérales, telles que des particules issues du lavage de carrière, de sédiments ou de déblais, les particules comportant notamment de l’argile non-flashée et du quartz, pour la fabrication d’un liant, notamment hydraulique. L’utilisation de telles particules, ou fines, permet d’une part de valoriser un résidu, ou déchet, d’un procédé industriel, tout en permettant d’obtenir une composition déjà sous forme de particules, ce qui la rend adaptée à un traitement thermique optimisé, et dont la composition est compatible, voire même adaptée, à la fabrication d’un liant, notamment hydraulique. Préférentiellement, les particules issues du lavage de matières minérales sont flashées à une température comprise entre 600 et 900°C pendant quelques secondes, suivie d’un refroidissement rapide. Composition à base d’argile pour matériau de construction, notamment pour liant hydraulique tel que du ciment, comprenant: - une ou plusieurs argiles « flashées » obtenues par calcination flash de la ou des argiles en particules à une température comprise entre 600 et 900°C pendant quelques secondes, suivie d’un refroidissement rapide, et - de l’oxyde de silice cristallisé, ou quartz, en particules. Composition selon la revendication 1, dans laquelle le pourcentage massique d’oxyde de silice cristallisé est supérieur ou égal à 5%, de préférence supérieur ou égal à 10%, et plus préférentiellement compris entre 10% et 40%. Composition selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le rapport du pourcentage massique de l’oxyde de silice cristallisé sur le pourcentage massique d’une argile « flashée » ou d’argiles « flashées » est compris entre 0.2 et 3, de préférence entre 0.3 et 1.5. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’oxyde de silice cristallisé est mélangé à la ou aux argiles avant la calcination flash. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le pourcentage massique de calcaire est supérieur ou égal à 2%, de préférence supérieur ou égal à 5%, et plus préférentiellement compris entre 5% et 40%. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle 90% en masse, de préférence 95% en masse, des particules de la composition présentent une taille mesurée selon la norme NF EN ISO 17892-4, inférieure ou égale à 100µm, de préférence inférieure ou égale à 70µm. Liant, notamment hydraulique, comportant notamment une composition à base d’argile selon l’une quelconque des revendications précédentes. Mortier ou béton comprenant une composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, ou un liant, notamment hydraulique, selon la revendication précédente. Procédé de fabrication d’une composition à base d’argile pour l’obtention d’un liant, notamment hydraulique, tel que du ciment, dans lequel : - on récupère des particules issues du lavage de matières minérales, comportant une ou plusieurs argiles et de l’oxyde de silice cristallisé, ou quartz, - on applique un traitement thermique inférieur à une température comprise entre 600 et 900°C pendant quelques secondes, suivie d’un refroidissement rapide, sur lesdites particules, de manière à obtenir une composition à base d’argile « flashée » destinée à la fabrication d’un liant, notamment hydraulique. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le pourcentage massique d’oxyde de silice cristallisé est supérieur ou égal à 5%, de préférence supérieur ou égal à 10%, et plus préférentiellement compris entre 10% et 40%. Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le rapport du pourcentage massique de l’oxyde de silice cristallisé sur le pourcentage massique d’une argile « flashée » ou d’argiles « flashées » est compris entre 0.2 et 1.2, de préférence entre 0.3 et 1. Utilisation de particules issues du lavage de matières minérales, telles que des particules issues du lavage de carrière, de sédiments ou de déblais, les particules comportant notamment de l’argile non-flashée et du quartz, pour la fabrication d’un liant, notamment hydraulique. Utilisation selon la revendication précédente dans laquelle les particules issues du lavage de matières minérales sont flashées à une température comprise entre 600 et 900°C pendant quelques secondes, suivie d’un refroidissement rapide.