Caractérisation microstructurale

La caractérisation microstructurale par microscopie électronique à balayage des laitiers a été

réalisée dans le but d’évaluer l’impact du broyage sur les laitiers de silicomanganèse et de

convertisseur, d’observer l’aspect des grains du laitier de haut fourneau et d’identifier les

phases minérales propres à chaque laitier. Les clichés ont été réalisés sur des échantillons de grains de laitiers coulés dans une résine puis polis et métallisés. Une analyse qualitative par EDX a également été réalisée sur les grains de laitiers. Cette analyse permet de connaitre ponctuellement la nature des éléments présents dans une zone d’un grain de laitier, mais n’apporte pas d’informations quantitatives. Tous les clichés présentés dans cette partie ont été obtenus à partir de l’imagerie par électrons rétrodiffusés.

1.1.3.1 Laitier de haut fourneau moulu

La Figure IV-3 présente un cliché réalisé au microscope électronique à balayage pour le laitier de haut fourneau.

Figure IV-3 : Cliché MEB du Laitier de haut fourneau moulu et spectre EDX d’un grain de laitier

122 Tous les grains présentent un rayon inférieur à 30 µm comme il a été déterminé par analyse granulométrique. Le spectre EDX global de ces grains est présenté dans la Figure IV-3 et donne une information sur la composition élémentaire des grains de laitier. On retrouve principalement des oxydes de silicium, de calcium, d’aluminium, de magnésium et de faibles

proportions de soufre.

1.1.3.2 Laitier de silicomanganèse

La Figure IV-4 présente deux clichés réalisés au microscope électronique à balayage pour le laitier de silicomanganèse, avant broyage, nommé ici laitier brut.

(a) : Phase laitier de SiMn (b) : Silice (c) : Alliage SiMn métal Figure IV-4 : Clichés MEB du Laitier de silicomanganèse brut, spectres EDX des phases du laitier

Le laitier de silicomanganèse brut est très poreux ; cette porosité se forme lors de la granulation du laitier. Par ailleurs, les grains de laitier apparaissent constitués de trois phases distinctes. La phase majoritaire, notée phase (a) dans la Figure IV-4, est la plus claire. Elle correspond au laitier de silicomanganèse. Son spectre EDX, donné dans la Figure IV-4, révèle

la présence d’oxydes de silicium, de calcium, d’aluminium, de manganèse et de magnésium.

(a)

(b)

(c)

123 La deuxième phase, notée (b), est composée, d’après le spectre EDX, exclusivement de silice.

Enfin, la troisième phase, notée (c), est présente à l’interface entre la phase laitier et la phase

silice. Cette phase est composée de silicium et de manganèse exclusivement. La couleur blanche sur les clichés et l’absence d’oxygène sur le spectre EDX permet de caractériser cette

phase comme étant un alliage métallique de silicomanganèse qui n’a pas été extrait du laitier.

La Figure IV-5 présente un cliché global du laitier de silicomanganèse broyé ainsi qu’un spectre EDX d’un grain de laitier.

Figure IV-5 : Cliché MEB du laitier de silicomanganèse broyé et spectre EDX d’un grain de laitier

Les grains de laitier de silicomanganèse broyé sont très fins et majoritairement composés des mêmes éléments chimiques que ceux rencontrés pour le laitier de haut fourneau. La présence de manganèse sur le spectre EDX permet de différencier le laitier de silicomanganèse du laitier de haut fourneau. Des grains de silice sont également présents, notamment en rouge à gauche sur le cliché MEB. La présence de ces grains explique le diagramme DRX du laitier, le quartz étant un des composés cristallisés du laitier.

1.1.3.3 Laitier de convertisseur

La Figure IV-6 présente deux clichés réalisés au microscope électronique à balayage à deux grossissements différents du laitier de convertisseur avant son broyage, nommé laitier brut. La dispersion des tailles de grains de laitier de convertisseur brut est grande. En effet, la taille de ces grains de laitier est très variable (entre 2 µm et 2 mm dans le cas de ce cliché). Le laitier,

lors de son refroidissement naturel, s’est cristallisé pour former quatre phases minérales

distinctes observables à l’intérieur des grains. Elles ont été identifiées par analyse EDX et à l’aide de la caractérisation minéralogique. L’analyse est effectuée ponctuellement à l’intérieur des phases, avec une précision de l’analyse ponctuelle de 1 µm². Les spectres EDX

Silice

124 correspondant aux quatre phases du laitier de convertisseur sont présentés dans la Figure IV-7. Ces quatre phases ont été identifiées à l’aide d’analyses EDX et de la

caractérisation minéralogique du laitier et ces résultats confirment les caractérisations réalisées par Deneele [Eclair et al, 2010] ou Waligora [Waligora et al, 2009].

Figure IV-6 : Clichés MEB du laitier de convertisseur brut, localisation des phases détectées

Phase (A) : C₂F Phase (B) : C₂S

1 2 _{1 2} Phase (C) : Chaux + inclusions de fer Phase (D) : C2F et oxydes de fer

Figure IV-7 : Spectres EDX des 4 phases identifiées sur le laitier de convertisseur

A

B

C _D

125

La phase A, composée d’oxydes de calcium et de fer, ainsi que d’oxydes d’aluminium dans

une moindre mesure, correspond à de la ferrite de calcium (C₂F). Cette phase présente une

taille de l’ordre de 50 µm. Le spectre EDX de la phase B révèle la présence d’oxydes de

calcium et de silicium. Cette phase correspond à du silicate de calcium C₂S avec des grains de tailles variant entre 50 µm et 100 µm. La phase C, correspond à une phase de chaux (grains de couleur gris foncé) présentant des inclusions d’oxydes de fer (en blanc). Ces grains de chaux

ne sont pas répartis uniformément dans le grain de laitier. Leurs tailles varient autour de 50 µm. La présence de ces grains a déjà été décrite dans la littérature [Mahieux et al, 2009]. Les inclusions de fer sont très petites par rapport à la chaux. La phase D est une phase qui s’est

formée entre la phase de C2S et la phase de C2F. Elle est composée de deux phases (blanche et grise) sous la forme de « lamelles » dont les spectres EDX sont présentés dans la Figure IV-7. La phase grise correspond à du C₂F (spectre 1 phase D) et la phase blanche, plus complexe, correspond à une phase d’oxydes de fer présentant des traces d’oxydes de magnésium et de

manganèse (Spectre 2 phase D). La Figure IV-8 présente deux clichés réalisés au MEB du laitier de convertisseur broyé à deux grossissements différents.

Figure IV-8 : Clichés MEB du laitier de convertisseur broyé à deux grossissements différents

Les grains de laitier de convertisseur broyés s’agglomèrent lors de la mise en résine. La cause

de cette agglomération, que l’on n’observe pas pour le laitier de haut fourneau et de

silicomanganèse s’explique par la présente de fer magnétique au sein des grains de laitier de convertisseur. Ces grains s’aimantes les uns aux autres pour former ces amas. Les grains de

laitier de convertisseur broyé présentent tous un diamètre inférieur à 30 µm. Le broyage a eu pour conséquence de séparer les phases présentent dans les grains de laitiers bruts. A partir de ces clichés, nous pouvons dire que la chaux contenue dans le laitier ainsi que les silicates de calcium, seront accessibles lors de l’hydratation du laitier ce qui peut être bénéfique pour la

formulation de systèmes cimentaires.

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1.2 Caractérisation du résidu insoluble et des fractions