Le clinker est un matériau nodulaire qui constitue un composant essentiel dans la production du ciment. Le clinker est composé principalement de silicate de calcium et d’autres matériaux qui lui confèrent des propriétés liantes exceptionnelles qui confèrent résistance et durabilité aux applications de ciment.
Les propriétés uniques du clinker contribuent également à la qualité de durcissement essentielle du ciment, ce qui en fait l’un des matériaux de construction les plus précieux qui existent.
Processus de production de clinker
Les fabricants de ciment créent des clinkers grâce à un processus en plusieurs étapes qui comprend la sélection des ingrédients, le chauffage et le broyage.
Préparation minérale brute – Les principaux ingrédients de la production de clinker sont le calcaire et l'argile. Les producteurs extraient ces ingrédients, les transportent jusqu'à l'installation de production, puis les broient et les mélangent pour obtenir un mélange uniforme. Préchauffage du four – Les producteurs de ciment introduisent le mélange brut dans une tour de préchauffage ou un cyclone où ils sont exposés aux gaz chauds. Cette étape élimine toute humidité des matières premières et les prépare aux réactions chimiques de l’étape suivante. Cuisson au four – Le matériau préchauffé est introduit dans un four rotatif où les matériaux sont exposés à des températures élevées allant jusqu'à 1 400 °-1 500 °C (2 550 °-2 730 °F). La chaleur crée la réaction chimique qui forme le clinker. Formation de clinker – Lorsque la matière première traverse le four, elle subit des réactions complexes. La réaction primaire est une décarbonisation du calcaire. Ce processus crée de l'oxyde de calcium (chaux). La chaux réagit avec des composants comme la silice et l'alumine présents dans l'argile pour créer des silicates de calcium et des aluminates de calcium. Ce sont les principaux composants du clinker. Refroidissement du clinker – Après avoir quitté le four, le clinker est extrêmement chaud. Les fabricants doivent refroidir le clinker rapidement pour garantir ses propriétés physiques. Ils utilisent de l'air ou de l'eau dans des unités de refroidissement spécialisées appelées refroidisseurs à clinker. Broyage du clinker – Les machines à ciment telles que les broyeurs à boulets ou les broyeurs à rouleaux verticaux broient le clinker refroidi en poudre. L'étape de broyage peut également comporter l'ajout d'additifs comme du gypse pour contrôler le temps de prise du ciment.
Composition du clinker
La composition exacte du clinker dépend du type de ciment produit par le fabricant, mais certains ingrédients primaires sont courants dans la plupart des productions de clinker.
Silicates de calcium
Les ingrédients les plus importants du clinker sont les silicates de calcium, composés de silicate tricalcique et de silicate dicalcique. Les silicates de calcium contribuent à la résistance et aux propriétés de prise du ciment.
Aluminates de calcium
Les autres ingrédients les plus importants sont les aluminates de calcium, dont le plus important est l'aluminate tricalcique. Les aluminates de calcium accélèrent la prise du ciment et provoquent un développement précoce de la résistance. Des quantités élevées d'aluminate tricalcique augmenteront les temps de prise du ciment mais augmenteront également le risque d'attaques de sulfate.
Oxydes de calcium
L'oxyde de calcium est un sous-produit du chauffage des matières premières pour former le clinker. La décarbonation qui produit de l'oxyde de calcium contribue aux propriétés liantes du ciment et à sa réaction avec l'eau appelée hydratation.
Sulfate de calcium
Le gypse, qui contient du sulfate de calcium, est un additif courant dans le clinker. Il permet de réguler le temps de prise pendant le processus d'hydratation.
Composants mineurs
Les ingrédients mineurs du clinker comprennent des éléments comme l’oxyde de fer, l’oxyde de magnésium, les alcalis et d’autres oligo-éléments. Ces éléments ont un impact sur la couleur, le temps de prise et la résistance à d'autres réactions chimiques.
Types de clinkers
Les producteurs de ciment créent différents clinkers en fonction des variations des matières premières et du processus de fabrication.
Clinker de ciment Portland ordinaire (OPC) – Le clinker Portland est le type de clinker le plus couramment produit. Ce clinker convient à la plupart des usages généraux de la construction. Clinker résistant aux sulfates – Les fabricants créent ce type de clinker afin de pouvoir l'utiliser dans des mélanges de ciment résistants aux sulfates. Les clinkers résistants aux sulfates ont un niveau inférieur d'aluminates tricalciques qui sont sensibles aux réactions de sulfate. Ceux-ci résistent aux effets des sulfates présents dans l’eau et le sol. Clinker à faible température – Les fabricants conçoivent ce clinker pour générer moins de chaleur pendant le processus d'hydratation. Cela signifie qu’il y a une teneur en aluminate tricalcique inférieure à celle du clinker standard. Le clinker à faible température est un ingrédient courant du ciment que les constructeurs utilisent pour les grandes structures où la génération de chaleur peut provoquer des fissures thermiques. Clinker blanc – Le clinker blanc se caractérise par sa pureté et sa couleur claire et brillante. Les fabricants créent du clinker blanc en utilisant des matières premières à faible teneur en fer et en manganèse. C'est le matériau principal du ciment blanc. Clinker à haute teneur en alumine – Ce clinker a un niveau d’alumine plus élevé que les autres types de clinker. Ceci est essentiel dans le ciment réfractaire car il présente une haute résistance aux produits chimiques et aux températures élevées. Clinker Belite Calcium Sulfoaluminate Ternesite (BCT) – Le clinker BCT est une variété innovante de clinker qui produit 30 % d’émissions de dioxyde de carbone en moins. Le processus de fabrication des clinkers BCT nécessite également 15 % d’énergie en moins.
Impact environnemental de la production de clinker
La production de clinkers a un impact environnemental important, notamment la production de gaz à effet de serre (CO2), la consommation d'énergie, la pollution de l'air, l'extraction de matériaux par l'exploitation minière, la consommation et la pollution de l'eau et la génération de déchets. De nombreuses entreprises cimentières s’efforcent activement d’atténuer ces impacts environnementaux négatifs grâce à leurs pratiques quotidiennes.
Les cimenteries investissent dans les technologies de captage, d’utilisation et de stockage du carbone (CCUS). Ils stockent le CO2 pour une utilisation ultérieure ou le séquestrent pour un stockage souterrain permanent. Ils investissent également dans des sources de carburant alternatives comme la biomasse et les pneus usagés plutôt que d’utiliser des combustibles fossiles pour alimenter leur production.
Pour réduire leur utilisation de matières premières, certains utilisent des matériaux alternatifs comme les cendres volantes, les scories et les vapeurs de silice. Ils cherchent également à réutiliser leurs déchets dans le cadre de leur processus afin de réduire leur élimination des déchets et de créer un système plus circulaire. De plus, les cimenteries mettent en œuvre de meilleures stratégies de gestion et de conservation de l’eau.
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