Etude de l'influence de quelques éléments mineurs (Al, Ti, Cr, K) sur la réduction de l'hématite en magnétite. Etude de l'influence de quelques éléments mineurs (Na, K, Mg) sur la réactivité hydraulique d'un ciment portland ordinaire pur

Abstract

L’hématite est le principal constituant des minerais de fer. Or, les cristaux qui forment ce minerai sont d’une bonne pureté. Néanmoins on y trouve couramment de l’aluminium et les sidérurgistes soupçonnent cet élément de jouer un rôle néfaste dans la fissuration observée lors de la réduction à basse température. Ce problème a été étudié sur des cristaux naturels, purs ou dopés par environ 2% d’aluminium. Leur réduction ménagée montre que l’aluminium modifie la cinétique de réduction en magnétite, de façon variable avec la température, et aggrave la fissuration par épinglage des dislocations. Par contre, le potassium non soluble dans l’hématite, se concentre à l’interface hématite-magnétite en formant un ferrite Kfe₁₁O₁₇, ce qui accélère sa diffusion dans sa couche réduite. L’étude de la conductivité sur monocristal en fonction de la pression partielle de l’oxygène a permis de caractériser les propriétés électriques de l’hématite, en relation avec les processus de germination. Les constituants d’un clinker d’un ciment portland ordinaire : alite, belite et aluminates, sont différents respectivement du silicate tricalcique, silicate bicalcique et aluminate tricalcique par les impuretés qu’ils renferment dans leurs réseaux dans le clinker. La présence des ces impuretés (éléments métalliques autres que Ca, Si, El et Fe), émanants de la matière première, et leurs effets sur les propriétés hydrauliques d’un ciment intéressent beaucoup les cimentiers. Cette influence, de quelques éléments dopants les constituants d’un clinker, a été étudiée. Le sodium, qui s’insère très peu dans le silicate tricalcique, décomposé ce composé en silicate bicalcique et en chaux. Par contre, le magnésium, élément abondant dans l’alite, stabilise Cs₃ sous forme monoclinique et n’altère pas sa réactivité hydraulique. Le silicate bicalcique, stable à la température ambiante sous forme γC₂S est transformé en βC₂S par 1.5%Na₂O. Des défauts de maclage sont introduits par le dopage au sodium du silicate. La diffusion de l’eau à travers ces défauts active l’hydratation du silicate bicalcique qui était à l’état pur inerte envers l’humidité. Le potassium, éléments très volatil à la température de clinkérisation, s’insère en très faible quantité dans le silicate bicalcique. L’influence de cet alcalin sur l’hydratation, en dépit de sa teneur dans le réseau silicate, est modeste. Avec l’aluminate tricalcique, le sodium forme des solutions solides stables à la température ambiante. La réactivité hydraulique de ce constituant du ciment portland est altérée par la présence de l’alcalin. En effet, d’un coté, le sodium bloque les sites actifs de l’aluminate ce qui décroît la cinétique d’hydratation et d’un autre coté forme des joints de grains entres les plaquettes des AFm hexagonales ce qui active la diffusion de l’eau dans l’aluminate. La transition des phases hexagonales en cubiques est accélérée par le sodium. L’aluminium hydrate C₃AH₆ stable en milieu aqueux, obtenu en présence du sodium présente une agglomération de gros cristaux de taille non uniforme.