Synthèses, traitements et caractérisations physico chimiques des poudres réactives
2. Comportement des poudres réactives au broyage et au co broyage
2.3. Co-broyage de la phase solide des ciments étudiés
2.3.2. Comportement au co-broyage : étude du ciment CaCO
La phase solide de ce ciment est composée uniquement de carbonate de calcium. Sa composition massique comprend 2/3 de vatérite et 1/3 de carbonate de calcium amorphe. Notons que cette étude a été réalisée avec la vatérite 1.
La figure II-29 présente la distribution granulométrique de la phase solide. Contrairement au ciment CaCO3-CaP, la distribution est monomodale car les deux composants ont des tailles
initiales proches. De plus, la distribution granulométrique évolue peu lors du co-broyage. Par conséquent, le diamètre moyen des particules, calculé d’après cette distribution, ne varie pas non plus significativement (figure II-30). Le d0,5 initial est de 1,9 µm, c’est-à-dire inférieur à
la taille limite de broyage observée pour le CCA (3,3 µm) et du même ordre de grandeur que celle de la vatérite (1,8 µm). L’apparition d’une population de petits fragments de CaCO3
amorphe de tailles comprises entre 0,2 et 0,3 µm, en partie compensée par l’agglomération des lentilles de vatérite sur le CCA, explique la faible diminution du d0,5, de 1,9 à 1,7 µm.
Chapitre II Synthèses, traitements et caractérisations physico-chimiques des poudres réactives 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,1 1 10 taille (µm) v o lu me ( % ) 0 min 2 min 5 min
Figure II-29 : Évolution de la distribution granulométrique de la phase solide lors du co- broyage. 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 0 1 2 3 4 5 6
durée du broyage (min)
d( 0 ,5 ) ( µ m )
Figure II-30 : Évolution du diamètre moyen de la phase solide lors du co-broyage.
La figure II-31 illustre l’évolution morphologique de la phase solide lors du co-broyage : au temps initial, les particules de CCA et de vatérite simplement mélangées sont relativement séparées et présentent peu d’interaction (figure II-31-a). Très rapidement, les lentilles se collent sur les particules de carbonate de calcium amorphe, plus grosses, ainsi que sur les quelques fragments produits par le broyage ; il reste de moins en moins de particules de vatérite isolées (figure II-31-b et c). Après 5 minutes, on obtient des agglomérats à l’intérieur desquels les particules de CaCO3 amorphe et de vatérite sont en contact intime (figure II-31-
d).
Chapitre II Synthèses, traitements et caractérisations physico-chimiques des poudres réactives
Figure II-31 : Micrographies MEB présentant l’évolution de la phase solide du ciment CaCO3
après différents temps de co-broyage.
Les analyses physico-chimiques montrent que la phase solide n’évolue pas pendant le co- broyage (figure II-32). Le diffractogramme des rayons X présente en effet les raies caractéristiques de la vatérite et du NaCl provenant de l’amorphe. Les halos de diffraction du CCA sont masqués par les pics de diffraction de la vatérite qui les écrasent. De plus, l’absence de calcite ou d’aragonite montre que le carbonate de calcium amorphe n’a pas cristallisé durant le procédé.
Chapitre II Synthèses, traitements et caractérisations physico-chimiques des poudres réactives V V 5 min V V V 0 min N V V N V V 10 20 30 40 50 60 70 80 2 θ (°)
Figure II-32 : Diffractogrammes de rayons X présentant l’évolution de la phase solide du ciment CaCO3 lors du co-broyage ; raies de la vatérite (V) et du NaCl (N).
3. Conclusions
Dans ce chapitre, nous nous sommes intéressés à la synthèse et aux traitements des poudres réactives qui seront utilisées dans la suite de ce travail pour l’élaboration des ciments et l’étude de leurs propriétés. Les synthèses des trois poudres ont été décrites. En particulier, un nouveau protocole de synthèse de la vatérite a été mis au point ; il permet de synthétiser plus de produit et d’obtenir une vatérite chimiquement pure (absence de toute trace de calcite).
Nous avons étudié le comportement des poudres broyées individuellement à l’aide d’un broyeur à boulets de laboratoire. Pour les trois produits, la taille minimale est atteinte en moins d’une demi-heure. Seules les particules de brushite sont significativement modifiées lors du procédé de broyage : leur taille moyenne est réduite de 9,2 à 2,7 µm et la morphologie de ses particules est changée. Les mécanismes de fragmentation de cette poudre ont été identifiés. En ce qui concerne la vatérite et le carbonate de calcium amorphe, ils sont seulement désagglomérés.
Les analyses physico-chimiques par spectrophotométrie d’absorption infrarouge et diffraction des rayons X prouvent qu’aucun des trois produits métastables n’évolue ou ne recristallise lors du broyage.
Chapitre II Synthèses, traitements et caractérisations physico-chimiques des poudres réactives
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Le co-broyage des deux phases solides a été réalisé, également sans modification de la
composition et de la structure des constituants de chaque phase solide (absence de
recristallisation). Ce procédé a permis d’obtenir des mélanges homogènes, avec une surface de contact augmentée entre les particules réactives constituants la phase solide. Pour ce qui est de la phase solide du ciment mixte, le traitement par co-broyage a permis de réduire significativement le diamètre moyen des particules jusqu’à une taille limite de 2,7 µm environ.
Par ailleurs, les durées optimum de co-broyage, c’est-à-dire avant agglomération des particules, sont courts pour les deux phases solides (13 min pour le ciment CaCO3-CaP et 5
min pour le ciment CaCO3), ce qui représente un atout important en vue d’un développement
industriel des ciments. De plus, les conditions de co-broyage choisies permettent d’obtenir de façon reproductible une phase solide avec des caractéristiques physiques de taille et de morphologie bien contrôlées.
Les phases solides obtenues via ces traitements de broyage ou de co-broyage peuvent servir à préparer les deux types de ciments et à étudier l’influence des caractéristiques physiques des particules de la phase solide sur leurs propriétés d’usage.