Chapitre III. Caractérisations physico-chimiques des kaolins
III.10. Autres caractéristiques physico-chimiques des différents kaolins
III.10.1. masses volumiques
Les masses volumiques des kaolins ont été déterminées à l’aide d’un pycnomètre à gaz (He) étalonné et travaillant sous air comprimé. Les résultats sont résumés dans le tableau III.12.
Tableau III.12. Valeurs des masses volumiques des différents kaolins.
Kaolins KT2 KT3 TKMO TKT TKG DD3 DD2
Masses volumiques absolues (g /cm3) 2,64 2,63 2,38 2,61 2,61 2,53 2,60 Les masses volumiques sont proches les unes des autres de 2,65 qui est la masse volumique du quartz pur. Les masses volumiques des kaolins DD3 et TKMO sont les plus petites, respectivement de 2,53 et 2,38. Ces faibles densités réelles sont certainement dues à la présence de matières organiques, de beaucoup plus faible densité.
III.10.2. mesure de pH et de conductivité électrique
Les mesures de pH du milieu et de la conductivité (µs/cm) à 25 °C (HACH LANGE ECO 2) des suspensions de kaolin obtenues en mélangeant 2 g de kaolins < 63µm avec 50 ml d’eau déminéralisée (agitation 24h) sont résumé dans le tableau III.13.
Tableau III.13. pH et conductivité électrique des suspensions des kaolins.
Echantillons KT2 KT3 TKMO TKT TKG DD2 DD3
pH 4,94 6,97 3,01 3,88 4,87 6,44 7,39
Conductivité (µs/cm2) 73 192 1095 335 220 106 260
Nous remarquons que les suspensions sont acides (sauf pour DD3) : il y’a libération d’ions H+ (kaolins riche en Na+ et K+). Le kaolin TKMO est le plus acide probablement du fait de la présence de pyrite (FeS2), signalée par Delineau. Le pH de DD3 est relativement basique
certainement du fait de la présence des carbonates. Les conductivités des suspensions restent voisines les unes des autres sauf pour TKMO qui présente une conductivité assez élevée, 1095 µs/cm2 due certainement aux sels solubles présents au sein de la suspension [4] et la présence de pyrite altérée conduisant à la formation d'acide sulfurique, la conductivité la plus faible reste celle de KT2 qui est de 73 µs/cm2, le kaolin KT3 étant un produit obtenu à partir du traitement du kaolin KT2 à une conductivité électrique supérieure ceci est dû au traitement.
Conclusion
Nous possédons désormais toutes les informations nécessaires à la suite de ce travail. Nos différents kaolins se distinguent par plusieurs aspects.
La chimie/minéralogie. Si le minéral de base est toujours un silicate d'alumine hydraté, sous forme de kaolinite ou d'halloysite, il est accompagné sauf dans DD2, par plusieurs impuretés : micas et feldspaths apportent du potassium et du sodium dans KT2 et KT3; quartz et oxydes de fer sont présents dans ces mêmes kaolins et dans TKMO. Le titane est principalement présent dans TKT, les matières organiques dans TKMO et la gibbsite dans TKG et TKT. DD3 contient du manganèse et des matières organiques, DD2 est presque conforme à la stoechiométrie d'une halloysite.
La granulométrie et la morphologie. Elles sont en partie liées à la minéralogie avec KT2 et KT3 relativement grossiers du fait de la présence de quartz, minéral résistant à l'abrasion et la fracture. La morphologie en aiguille des halloysites du Djebel Debbagh DD3 et DD2 contraste avec les plaquettes des kaolins des Charentes et les amas des kaolins de Tamazert KT2 et KT3
La cristallinité, la meilleure étant celle des kaolins de Tamazert KT2 et KT3, toutes définitions confondues, sans qu'il soit possible de classer les autres de manière franche du fait de la complexité de la notion de cristallinité (désordre, taille de cristallites, etc.)
Références bibliographiques
[1] C. Renac,C, F.Assassi "Formation of non-expandable 7Å halloysite during Eocene-Miocene continental weathering at Djebel Debbagh, Algeria. A geochemical and stable-isotope study". Sedimentary Geology, 217, 140-153. 2009.
[2] SONAREM, Travaux de prospection et d’évaluation du gisement de kaolin deTamazert, rapport intermédiaire, 1977.
[3] M. Koneshloo, J.P. Chiles. “Modeling of the kaolin deposits and reserves classification challenge of Charentes basin”, France International Mining and Environmental Issues, vol 1, n° 1, 2010.
[4] C. A Jouenne. "Traité de céramiques et matériaux minéraux". Edition Septima, p 488.1984.
[5] O. Castelein "Influence de la vitesse de traitement thermique sur le comportement du kaolin bio : application au frittage rapide". Thèse de doctorat de l’université de Limoges. 2000.
[6] J.M Amigo, M.Bastida, J.Sanz, A.Signes, M.J.Serrano, "Cristallinity of lower cretaceous kaolinites of Teruel ( Spâin)". Appl.clay Sc, Vol 9; pp 51-69.1994.
[7] A.Gualtieri , M.Bellote, G.Artioli, "Kenetic study of the Kaolinite-mullite reaction sequence. Part I : kaolinite deshydroxylation". Phy chemical minerals. Vol 22, pp 207-214. 1995.
[8] D.L Bich, J.E Post. "High-pressure crystal chemistry of KAlSi3O8 hollandite" American Mineralogist, 74, 177-186, 1989.
[9] M.R Boudchicha. " Etude des propriétés mecaniques et dielectriques de ceramiques préparées à partir de kaolin-dolomite" . Thèse de doctorat de l’Université de Batna. Algérie, 2010.
[10] W.Smykatz-kloss. “Application of differential thermal analysis in mineralogy”. J. Therm. Anal. Cal., 23, 15-44. 1986.
[11] N.Soro. " Influence des ions fer sur les transformations thermiques de la kaolinite". Thèse de doctorat de l’Université de Limoges, n°17, 158 p., 2003.
[12] J.Yvon J, D.Garino, J.F Delon, J.M Cases. Valorisation des argiles kaolinitiques des charentes dans le caoutchouc naturel. Bull. Minéral., 105, 1982.
[13] O. Castelein, L. Aldon, J.olivier-Fourcade, j.C Juma, ,J.P Bonnet, P. Blanchart. " 57Fe Mössbauer study of iron distribution in a kaolin raw material : influence of the temperature and the heating rate”. Journal of the European Ceramic Society, vol. 22, p. 1767-1773. 2002.
[14] J.D Russel. "Infrared spectroscopy of inorganic compounds. Laboratory methods in clay mineralogy". New Yorck. Wiley. pp 320. 1987.
[15] Hongfei Chenga, Ray L. Frostc, Jing Yangc, Qinfu Liub, Junkai Heb, "Infrared and infrared emission spectroscopic study of typical Chinese kaolinite and halloysite". Spectrochimica Acta PartA 77 1014– 1020. 2010.
[16] T.Delineau, T.Alliard, J.P Muller, O. Barres, J.Yvon, J.M Cases,"FTIR Reflectance vs EPR Studis of structuraliron in kaolinites". Clays & clay mineral. 42,pp308-320. 1994.
[17] A. Qtaitat Mohammad, Naji Ibrahim. Al-Trawneh."Characterization of kaolinite of the Baten El-Ghoul region/south Jordan by infrared spectroscopy". Spectrochimica Acta PartA 61, 1519–1523. 2005.
[18] J.Yvon, Garino., Delon J. F., Cases J. M., Etude des propriétés cristallochimiques de kaolinites désordonnées. Bulletin de mineralogie., vol 105,pp439-455.1982.
[19] J.D Russel, A.R Fraser. "Infrared methods". ed. par M. J. Wilson. London : Chapman and Hall, p. 11-67 1996.
[20] J. Ambroise, S. Maximilien, J. Pera. "Properties of metakaolin blended cements". Advanced cement based materials. Vol. 1.p. 731-748.1994.
[21] D.N Hinckley, "Variability in "crystallinity" values among the kaolin deposits of the coastal plain of georgia and south carolina, Proc. 11th Nat. Conf. on clays and clay miner.,Ottawa, 229-235. 1962. [22] B. Tchoubar, A. Plançon, J.B Brahim, C. Clinard, C. Sow. "Caractéristiques structurales des kaolinites
désordonnées" Bull. minéralogie, 105, 477-491.1982.
[23] G.W Brindley,G.Brown."Crystal structures of clay minerals and their X-ray identification", Mineralogical Society, Monograph n°5, 323.1980.
[24] G.J Churchman, J.S Whitton, G.G.C Claridge, B.K.G Theng. Clay and Clay Minerals” 32, 241-248 1984.
[25] W.E Worall. "Clay and ceramic raw materials". Amsterdam. Edition . Elsevier. Pp.239.1986.
[26] E.Joussein, S. Petit, J Churchman." Halloysite clay minerals"- A review, clay minerals (2005) 40, 383- 426. 2005.