Combustibles de substitution dans les fours de cimenteries : effet du phosphore sur la phase majoritaire du ciment Portland

Substitution fuels in the kilns of cement plants: effect of phosphorus on the major phase of Portland cement

¹ CECM-CNRS UPR 2801, 15 rue G. Urbain, 94407 Vitry-sur-Seine, France
² CTG-Italcementi group, Rue des Technodes, BP. 01, 78931 Guerville, France

Reçu : 15 Juin 2007
Accepté : 18 Octobre 2007

Résumé

Le ciment anhydre Portland est obtenu par broyage du clinker (roche artificielle issue de la cuisson à 1450 °C d'un mélange de calcaire et d'argile) et de gypse. Pour des raisons économiques et environnementales, les cimentiers recyclent de plus en plus de combustibles alternatifs à l'origine d'impuretés supplémentaires dans le clinker, tel le phosphore dans le cas de la combustion des farines animales. Il est donc important de contrôler voire de prédire l'effet de ces impuretés sur les performances du matériau hydraté. Cette étude expérimentale traite de l'effet du phosphore (0 à 0,9 % massique P₂O₅) sur la phase majoritaire du clinker, le silicate tricalcique, avec une analyse systématique de la localisation du phosphore dans le composé anhydre et de la résistance mécanique du composé hydraté. La seconde partie s'inscrit dans une démarche thermodynamique prédictive, avec la mise au point d'une approche calculatoire des diagrammes de phases majoritaires du clinker.

Abstract

The anhydrous Portland cement is obtained by the grinding of clinker (an artificial rock issued from the burning of a mixing of limestone and clay at 1450 °C) and gypsum. Because of economical and environmental motivations, the cement industry recycles more and more substitution fuels. These new practices introduce the presence of additive impurities in the clinker, like the phosphorus minor element in the case of the combustion of animal flours. Thus, it is important to control and even predict the effect of these impurities on the performances of the hydrated material. This experimental study deals with the effect of phosphorus (0-0.9 wt%P₂O₅) on the major phase of clinker, called tricalcium silicate. Systematic analyses of the phosphorus localization in the anhydrous phases and of the strength of hydrated material are both performed. The second part is the first step towards a predictive thermodynamic approach, with the establishment of the calculated phase diagrams of the major phases of clinker.