Procédés chimiques dans l’industrie 210-124-AH Cimenterie Procédés chimiques dans l’industrie 210-124-AH

Importance économique du secteur En 2013, le Québec possédait quatre cimenteries employant 500 personnes : Ciment Québec situé dans la région de la Capitale-Nationale; Holcim situé dans Lanaudière; Lafarge Canada situé en Montérégie; Établissement de Kilmar de Colacem Canada situé dans les Laurentides. (https://www.mern.gouv.qc.ca/mines/statistiques/substance/substance-ciment.jsp)

En construction : Cimenterie Port-Daniel-Gascons 3

Ciment et clinker Ciment de type Portland : Poudre utilisée dans le béton et le mortier : Béton de ciment : mélange de liant (ciment) et d’éléments à granulométrie décroissante pour améliorer la compacité. Mortier : mélange de liant (ciment) et d’agrégats (sable) utilisé en maçonnerie. Constitué d’un mélange de clinker et de gypse (CaSO4); Le clinker est le produit de la réaction entre la chaux, l’alumine, l’oxyde de fer et la silice: Il est fabriqué à partir de roches calcaires auxquelles sont ajoutés une certaine quantité de réactifs pouvant être : Des oxydes de fer, du sable, des argiles, de la bauxite ou des cendres.

Ciment de type Portland facile Pour 690 grammes de ciment : Mélanger minutieusement : 750 g de carbonate de calcium (calcaire) 150 g de silice (SiO2) 50 g d’alumine (Al2O3) 50 g d’oxyde de ferrique (Fe2O3) Chauffer rapidement à 1450 °C 20 minutes Refroidir rapidement Moudre finement : Ajouter 50 g de gypse (CaSO4) Garder sec jusqu’à l’usage Bon appétit!

Symboles utilisés dans l’industrie du ciment Nom Symbole Ne pas confondre avec Chaux (CaO) C Carbone Silice (SiO2) S Soufre Alumine (Al2O3) A Fer (Fe2O3) F Fluor Ces quatre éléments sont à la base des différents types de clinker

Plan d’une cimenterie

Extraction du calcaire Par dynamitage dans une carrière à proximité des installations.

Concassage et pré-homogénéisation du calcaire Concassage des blocs en fragments inférieurs à 20 mm par des marteaux. 9

Préparation du cru Mélange des ingrédients de base dans des proportions fixes. 10

Préparation du cru Broyeurs à boulet pour homogénéiser le mélange. 11

Cuisson Fours rotatifs d’environ 5m de diamètre et de 147 m de longueur. Quelques rotations par minutes. Pente de 2.3%. 12

Cuisson Étapes de cuisson 13

Four à ciment Les matières premières sont introduites par le bout le plus élevé, le brûleur est situé à l’autre extrémité; Les gaz de combustion : Contiennent de petites quantités d’oxygènes, oxydes de soufre et de fines particules de clinker et cru mélangées; Ils passent à travers le four à contre-courant: Ils réchauffent les matières premières; Ils sont évacués à l’autre bout plus élevé. Combustibles : 75-80% Coke de pétrole 18-20% pneus (4000 par jour par four) 5% déchets de construction (bois et bardeaux d’asphalte) Peut servir aussi à brûler des plastiques usés, des drogues saisies par les corps policiers…

Four à ciment typique

Clinkerisation Transformation du cru en clinker sous l'action de la chaleur vers 1450°C dans le four : Il y a plusieurs étapes aux limites mal définies, dépendant des composants mineurs contenus dans le cru (N, K, S, Mg) : formation d'aluminate tricalcique formation d'aluminoferrite tétracalcique vers 1350°C formation de silicate bicalcique à partir de 1330°C se combinant au-delà de 1420°C avec CaO restant pour former le silicate tricalcique.

Contenu du clinker Silica Calcium Iron Alumina C3S C2S C3A C4AF

Contenu du clinker C3A Alite Alite (C3S)

Contenu du clinker Belite (C2S) Alite (C3S) C4AF 19

Sensibilité du produit fini aux proportions initiales SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Total C3S 23.1 4.6 3.3 65.2 96.2 54.2 23.3 65.0 51.9 23.5 64.8 49.6 23.7 64.6 47.2 23.9 64.4 44.9 24.1 64.2 42.6

Broyage du clinker et ajout d’additifs À la sortie du four, le clinker se présente sous la forme de petites roches de 1 à 2 cm, lesquelles sont ensuite retournées au broyeur pour être réduit en poudre. Du gypse est ajouté, celui-ci contrôle le temps de prise du béton. 21

Entreposage du clinker Un dôme conique et hermétique sert à l’entreposage du produit final appelé ciment Portland. L’usine de St-Constant dispose d’équipements pour produire 25 sacs à la minute mais la majeure partie est expédiée en vrac par train et par camion. 22

Sources de pollution : Volet eau • Carrière : abat de poussière • Four : écran contre la poussière • Procédés : broyeurs à ciment (l’eau est utilisée pour refroidir, contrôler la déshydratation du gypse); refroidisseurs à ciments (contact indirect); refroidissement pour les équipements; fabrication de vapeur pour réchauffer les équipements; lavage des camions. Contaminants : Principalement des matières en suspension L’usine de St-Constant recycle l’eau de sa carrière (station de pompage, bassin de sédimentation…).

Sources de pollution : Volet air Sources de pollutions et contaminants : Opérations dans la carrière, manutention de matières premières, manutention de clinker, entreposage du clinker : Émissions de particules. Four à ciment : la combustion génère, en plus des particules, divers contaminants.