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

Plan d’une cimenterie

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

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

C3S C3A Alite Alite (C3S)

C3S Belite (C2S) Alite (C3S) C4AF 11

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

Procédé par voie sèche Concassage de la roche calcaire; Ajout des additifs à la roche concassée; Broyage du mélange : Obtention du cru; Introduction du cru homogénéisé dans le four à ciment.

Four à ciment Four de type rotatif : Cylindre de quelques mètres de diamètre et plusieurs dizaines de mètres de longueur; Légèrement incliné (3 à 4 °); Effectue plusieurs rotations par minute; 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.

Four à ciment

Four à ciment typique

Procédé par voie humide Comme pour le procédé par voie sèche : Concassage de la roche calcaire; Ajout des additifs à la roche concassée; Broyage du mélange : Obtention du cru; Différence principale : Ajout au cru d’eau, formation d’une boue (environ 1/3 eau, 2/3 cru); La pâte est ensuite introduite dans le four à ciment.

Comparaison voie sèche, voie humide Désavantages de la voie humide : Coût élevé associé à la déshydratation; Nécessité d’utiliser un four plus gros pour un même rendement; Avantages de la voie humide : Broyage du cru plus efficace en milieu humide; Les grumeaux obtenus lors du séchage sont plus faciles à maintenir dans le four : Le cru sec utilisé dans la voie sèche est aisément entraîné par les gaz de combustion hors du four… Ni bon ni mauvais… Pour réduire le coût en combustible associé à la voie humide, la plupart des industries eurent longtemps recours à des matériaux mis au rebus pour alimenter les brûleurs : Ils étaient payés pour le faire! Cette pratique est de plus en plus abandonnée à cause des émissions de gaz à effet de serre qui y sont associées.

Sources de pollution : Volet eau • carrière : abat de poussière • four : écran contre la poussière • procédé : 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

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.