La cimenterie : le clinker et le four tournant

Résumé du document

Le constituant principal des ciments industriels actuels est le clinker, mot anglais signifiant « scories ». Le clinker est obtenu en cuisant, vers 1450 °C, des mélanges appropriés de calcaire et d'argile, appelés crus. Cette réaction chimique à la base de la formation du ciment se déroule dans le « four rotatif ». Le carbonate de calcium CaCO3 se décompose en l'oxyde de calcium CaO appelé chaux, accompagnée d'un dégagement de gaz carbonique à environ 900°C. Ce processus appelé calcination est suivi de la cuisson du clinker, « clinkérisation ». L'argile, principalement composé de silicates d'alumine, se scinde sous l'effet de la chaleur en ses constituants, silice et alumine, qui se combinent ensuite à la chaux provenant du calcaire pour donner des silicates et des aluminates de chaux qui constituent le clinker. Celui-ci est ensuite broyé et mélangé à du gypse et à d'autres constituants ce qui permet d'obtenir le ciment. Il existe quatre grands procédés de fabrication du ciment dans le four rotatif : la voie sèche, semi-sèche, semi-humide et humide. Ces voies se différencient par le traitement qui est fait de l'eau. Dans tous les cas, au final, le ciment reste une matière anhydre.

Extraits

[...] Les émissions de dioxyde de carbone se chiffrent alors à 230 kg environ par tonne de clinker produit. En prenant l'exemple de la nouvelle cimenterie construite par le groupe Lafarge à Bouskoura au Maroc, nous savons que la production annuelle est de de tonnes de ciment. Avec le rapport que l'on a trouvé précédemment, nous obtenons une production de tonnes de CO2. Cette valeur est très importante et justifie les efforts qui doivent encore être réalisés. De plus, nous n'avons absolument pas pris en compte la consommation d'électricité qui est certes principalement d'origine nucléaire en France, mais qui constitue tout de même une source importante d'énergie dans les procédés d'élaboration du ciment dans le four tournant. [...]

[...] Cela permet une économie annuelle d'environ Tep. Pour finir, parallèlement aux efforts de réduction de la consommation d'énergie, la conversion vers des combustibles se produit, notamment par l'utilisation des déchets de nature diverse. Des dépoussiéreurs électrostatiques sont généralement installés à la base des cheminées d'évacuation des gaz, tandis que d'autres sont édifiés aux points critiques de l'usine. L'industrie cimentière a certes fait de nombreux progrès mais il reste encore beaucoup à faire pour optimiser les procédés de fabrication. [...]

[...] Réactions de production du ciment Inclusion du four rotatif dans le système d'ensemble Tout au long de la cuisson, un ensemble de réactions physico-chimiques conduit à l'obtention du clinker : La décarbonatation du carbonate de calcium, calcaire, donne de la chaux vive CaCO3 CaO CO2 L'argile se scinde en ses constituants : silice et alumine La silice et l'alumine se recombinent avec la chaux pour donner des silicates et des aluminates de chaux 2CaO SiO2 2CaO, SiO2 CaO 2CaO, SiO2 3CaO, SiO2 3CaO Al2O3 3CaO, Al2O3 Silicate bicalcique Silicate tricalcique Aluminate tricalcique Au cours de la cuisson et du déplacement du cru dans le four rotatif, la température augmente et les opérations suivantes se déroulent : De 0 à 550 : élimination de l'eau libre De 550 à 900 : décarbonatation du calcaire donnant Ca0 et CO2. De 900 à 1450 : formation du clinker donc des composants recherchés Consommation d'énergie Page 2 sur 3 Il s'agit de l'opération la plus importante du procédé de fabrication en terme d'émissions, de qualité et de coût du produit. L'énergie calorifique consommée est considérable : à KJ par tonne de clinker produit. Cela correspond environ à l'énergie dégagée par la combustion de 100kg de charbon. [...]

[...] C'est à celle-ci qu'est recueilli le clinker, sous forme Page 1 sur 3 de nodules incandescents. Des échangeurs de chaleur tant à l'amont qu'à l'aval du four permettent d'améliorer le bilan thermique de l'opération. Le processus de cuisson est perfectionné par un apport de combustible en amont du four rotatif. Ce procédé, dit de précalcination, permet de préchauffer la matière jusqu'à 800°C et d'assurer une décarbonatation poussée, d'environ 85%. Cela permet de réduire la taille des usines ou d'augmenter la production. [...]

[...] Ce processus appelé calcination est suivi de la cuisson du clinker, clinkérisation L'argile, principalement composée de silicates d'alumine, se scinde sous l'effet de la chaleur en ses constituants, silice et alumine, qui se combinent ensuite à la chaux provenant du calcaire pour donner des silicates et des aluminates de chaux qui constituent le clinker. Celui-ci est ensuite broyé et mélangé à du gypse et à d'autres constituants ce qui permet d'obtenir le ciment. Il existe quatre grands procédés de fabrication du ciment dans le four rotatif : la voie sèche, semi-sèche, semi-humide et humide. Ces voies se différencient par le traitement qui est fait de l'eau. Dans tous les cas, au final, le ciment reste une matière anhydre. Les fours utilisés étaient autrefois droits et dérivés des fours à chaux. [...]