Qu’est-ce que le ciment Portland ?

Beaucoup de gens confondent les termes « ciment » et « béton ». Le ciment portland est un produit manufacturé qui est un ingrédient de divers produits en béton. Le ciment portland est vendu sous la forme d’une poudre fine qui est mélangée à de l’eau et à des granulats pour fabriquer du béton de ciment portland (BCP). Le ciment Portland est composé de silicates de calcium, d’aluminates de calcium, d’aluminoferrites de calcium et généralement de gypse. Lorsque de l’eau est ajoutée au ciment, les minéraux de calcium s’hydratent et forment un gel. Ce gel est ce qui maintient les agrégats ensemble dans le béton.

Il existe huit types de ciments Portland, chacun ayant une utilisation et des exigences chimiques particulières. Le processus de fabrication, cependant, est essentiellement le même et est un produit de l’exploitation d’un four. La fabrication du ciment est un processus en deux étapes. Des matériaux tels que le calcaire qui contient de l’oxyde de calcium sont mélangés à des matériaux de silice et d’alumine comme le sable, le schiste ou l’argile. Les matières premières sont généralement séchées et broyées, puis le mélange est chauffé dans un four rotatif pour former du clinker. Le clinker est ensuite mélangé avec du gypse et d’autres matériaux et broyé en une poudre fine (tamis de 200 mesh) connue sous le nom de ciment Portland.

Comment le sable de fonderie est-il utilisé dans la fabrication du ciment Portland ?

Le sable de fonderie est considéré comme un « matériau alternatif » qui peut être substitué aux matières premières vierges. Les matières premières utilisées dans la fabrication du ciment Portland doivent contenir des proportions appropriées d’oxyde de calcium, de silice, d’alumine et d’oxyde de fer. Les mélanges de ciment Portland contiennent généralement 10 à 12 % de silice en poids et de l’alumine et des oxydes de fer (2 à 5 % en poids). Ces composants minéraux sont des éléments importants de la plupart des sables de fonderie, qui peuvent donc remplacer les minéraux vierges. Selon une enquête menée en 2008 par la Portland Cement Association, 13 des fours à ciment du pays s’approvisionnaient en sable de fonderie. Le laitier de cubilot broyé peut également être utilisé comme matière première pour la fabrication du ciment.

Comment se comporte le ciment Portland utilisant du sable de fonderie ?

Le ciment Portland fabriqué avec du sable de fonderie répond à toutes les exigences de qualité et de performance du ciment Portland fabriqué uniquement avec des matériaux vierges. Une étude de l’American Foundry Society a indiqué que le ciment Portland fabriqué avec du sable de fonderie peut présenter des résistances à la compression plus élevées que le ciment Portland fabriqué avec des matières premières conventionnelles.

Le sable de fonderie est utilisé comme matière première de fabrication dans la production du ciment Portland. Les différents types de ciment Portland ont des exigences chimiques et physiques différentes en raison des diverses utilisations du ciment. La norme ASTM C-150, Standard Specification for Portland Cement, désigne les différents types de ciment Portland.

Quels sont les problèmes techniques associés au sable de fonderie dans la fabrication du ciment Portland ?

La consistance chimique des sables de fonderie est plus importante que les caractéristiques physiques pour déterminer l’aptitude à la fabrication du ciment Portland. La teneur en silice des sables de fonderie dépasse la teneur minimale de 80 % en silice exigée par les fours à ciment Portland et la présence d’autres éléments comme le fer et l’aluminium est un atout. La teneur en argile du sable de fonderie peut être un problème si elle pose des problèmes de fluidité dans les fours à ciment avec des processus de mélange de matières premières humides.

Bien que le sable de fonderie puisse être une excellente matière première pour la fabrication du ciment Portland, les distances de transport peuvent être un obstacle à l’approvisionnement de plus de sables de fonderie pour les fours à ciment Portland. Il n’y a que 118 fours à ciment aux États-Unis, dont certains possèdent des carrières adjacentes où le calcaire et d’autres agrégats vierges sont traités pour la production de ciment.

Y a-t-il des problèmes spécifiques d’AQ/CQ dont les fournisseurs et/ou les utilisateurs finaux doivent être conscients ?

Le sable de fonderie tamisé peut être un matériau souhaitable pour la charge d’alimentation de la fabrication du ciment si les distances de transport n’empêchent pas son utilisation. Les systèmes d’alimentation des fours sont conçus pour traiter des matériaux de la taille d’un grain et le sable de fonderie tamisé est déjà un agrégat fin. Cela signifie que l’utilisation du sable de fonderie évite les coûts et les impacts environnementaux du broyage d’autres matières premières.

Le sable de fonderie destiné à un four à ciment doit être tamisé pour être exempt de tous les débris, bouts de noyau, métal de rebut et matériaux étrangers. Les déchets métalliques, en particulier, peuvent endommager les systèmes d’alimentation des fours. Les résidus de noyaux peuvent être broyés et mélangés à d’autres flux de sable tant que la cohérence chimique est maintenue. Les sables de fonderie au silicate de sodium doivent être évités car ce type de liant particulier modifie la chimie du ciment. Le plus grand inconvénient à l’augmentation de l’utilisation du sable de fonderie dans la fabrication du ciment est l’obtention des quantités nécessaires de sable tamisé sur une base cohérente.

Y a-t-il des problèmes environnementaux spécifiques associés à l’utilisation du sable de fonderie dans le ciment Portland ?

La Portland Cement Association a établi un programme pour rendre la fabrication et l’utilisation du ciment Portland plus durables. L’utilisation de sable de fonderie dans le processus de fabrication du ciment Portland contribue à créer un produit plus durable. D’énormes quantités de matières premières contenant de la chaux, de la silice, de l’alumine et de l’oxyde de fer sont nécessaires pour répondre à la demande de ciment Portland. La fabrication du ciment est une activité industrielle très énergivore. En plus de réduire l’utilisation de matériaux vierges, l’utilisation de sable de fonderie permet d’économiser de l’énergie en évitant l’exploitation minière, le concassage et le broyage de matières premières vierges jusqu’à la taille des grains.