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Etude de la possibilite de production du ciment a faible teneur en alcalin
- 2. L’étude de la possibilité de production du ciment à teneur limitée en alcalins "low alkali" : Cas de CIMAR d'Ait Baha MASTER SCIENCES ET TECHNIQUES Ingénierie chimique et science des matériaux Mr Abdellah ANOUAR FST Settat Président Mr Abdellah ech-chahad FST Settat Examinateur Mr Bouchaib MANOUN FST Settat Encadreur Soutenu le 25 /06 /2022 Devant la commission d’examen : Présenté par : BAHSSINI Youssef SOUTENANCE DE PROJET DE FIN D’ETUDES Pour l’obtention
- 3. 01. TABLE DES MATIÈRES CONTEXTE GÉNÉRALE 02. GÉNÉRALITÉS SUR CIMENT 03. PROCÉDÉ DE FABRICATION DE CIMENT 04. CIMENT À UNE FAIBLE TENEUR EN ALCALINS 05. MATÉRIELS ET MÉTHODES 06. RÉSULTATS ET DISCUSSIONS 1
- 5. 3
- 7. L’ORGANISME D’ACCUEIL Ciment du Maroc Cimenterie d’Ait Baha 5
- 8. Présentation et emplacement Mise en service en 2010, l’usine d’Ait Baha est l’une des cimenteries les plus modernes dans le monde. D’une capacité de production de 2,2 millions de tonnes de ciment, L’usine est composée d’une ligne de cuisson de 5 000 t/j (le plus gros four actuellement au Maroc) ce site est destiné à couvrir les besoins en ciment de la région Souss-Massa et tout le Grand Sud Marocain. 6
- 9. PROBLÉMATIQUE Peut-on produire du ciment à faible teneur en alcalins dans la cimenterie d'Ait Baha ? Grâce à la demande croissante des clients pour des nouveaux qualités de ciment ‘’ Ciment de type LA ’’ Pour augmenter les entrées d'usine en utilisant toutes les structures techniques disponibles Pour attirer des nouveaux clients par la Concurrence sur le marché dans la plupart des qualités de ciment requises (ciment LA) 7
- 10. GÉNÉRALITÉS SUR LE CIMENT 02. 8
- 11. Constitués majoritairement de silice et de chaud, est une poudre de grains anhydres essentiellement composée de clinker et de sulfate de calcium dans un rapport massique d’environ 95-5%. Le clinker est obtenu par cuisson à 1450°C d’un mélange d’argile et de calcaire dans une proportion de 20-80%. Argile Calcaire Cuisson 1450 °C Clinker Ciment Portland CIMENT PORTLAND 9 Farine crue
- 12. CaO 63% 21% SiO2 5% Fe2O3 7% Al2O3 Calcaire… Argile, Minerai de fer… Argile, Schiste, Marne… Argile, Schiste, Marne, bauxite… CONSTITUANTS DE BASE DE CIMENT 10
- 13. LE CLINKER Produit semi fini de Ciment 11
- 14. K2 O Na2 O MgO SO3 CaO SiO2 Al2O3 Fe2 O3 COMPOSITION CHIMIQUE DU CLINKER Éléments mineurs Éléments majeurs 12
- 15. C3S Silicate tricalcique (Alite) 3CaO.SiO2 C3A Aluminate tricalcique (Célite) 3CaO.Al2O3 C4AF Aluminoferrite tétracalcique 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C2S Silicate bicalcique (Bélite) 2CaO.SiO2 10% - 20% 55% - 65% 05% - 12% 05% - 12% COMPOSITION MINÉRALOGIQUE DU CLINKER 13
- 16. PROCÉDÉ DE FABRICATION DE CIMENT 03. 14
- 17. 15
- 18. CIMENT À FAIBLE TENEUR EN ALCALINS 04. 16
- 19. Qu'est-ce qu’un ciment à une faible teneur en alcalins ? 17
- 20. Les ciments à faible teneur en alcalis sont des ciments Portland dont la teneur totale en alcalis ne dépasse pas 0,6 %. Les teneurs en alcalis des constituants de ciment sont basées sur les teneurs en sodium et en potassium. Elles sont exprimées en « équivalent en Na2O » (Na2Oeq) : Na2O𝒆𝒒 (%) =Na2O (%) + 𝟎,𝟔𝟓𝟖 × 𝑲2𝑶 (%) 18
- 21. Pourquoi le ciment à une faible teneur en alcalins ? 19
- 22. o Un faible niveau d'alcali réduit le risque de dommages dus à la réaction alcaline agrégat (RAA) comme le silice qui réagit avec les alcalis pour provoquer une expansion qui peut perturber un béton. o Convient aux ponts, barrages, structures de retenue d'eau, structures submergées et réservoirs où le risque de réaction du carbonate alcalin est élevé 20
- 26. 24
- 27. MÉTHODES CHIMIQUES Concassage et broyage Des matières premières Détermination d’humidité Détermination de la perte au feu (PAF) Préparation des perles Analyse par Fluorescence X 25
- 28. Estimation de la composition du ciment 26
- 29. Phase liquide FSL MA MS MODULES DU CIMENT 𝑭𝑺𝑳 = 𝑪 × 𝟏𝟎𝟎 𝑺 × 𝟐. 𝟖 + 𝑨 × 𝟏. 𝟏𝟖 + 𝑭 × 𝟎. 𝟔𝟓 𝑴𝑺 = 𝑺 𝑨 + 𝑭 𝑴𝑨 = 𝑨 𝑭 %𝑳𝑰𝑸 𝟏𝟒𝟓𝟎 °𝑪 = 𝟑, 𝟎𝟎 × 𝑨 + 𝟐, 𝟐𝟓 × 𝑭 + 𝑴𝒈𝑶 + 𝑲2𝑶 + 𝑵𝒂2𝑶 + 𝑺𝑶𝟑 27
- 31. Ech 1 Ech 2 Ech 3 Ech 4 Ech 5 Ech 6 Ech 7 Ech 8 Ech 9 p.a.f. 7.65 9.26 12.31 14.78 9.75 5.8 17.2 7.7 11.7 SiO2 59.94 61.67 55.34 50.18 60.39 56.19 50.77 40.22 41.19 Al2O3 15.06 10.91 14.49 13.39 10.54 8.5 11.38 14.2 8.34 FE2O3 5.95 3.32 6.59 4.87 4.46 3.53 3.78 6.05 3.88 CaO 5.54 9.26 9.95 14 7.61 4.63 17.01 3.49 8.55 MgO 1.68 2.05 3.68 2.29 2.18 1.25 2.53 2.11 1.29 SO3 0.001 0.32 0.02 0.07 0.01 0.04 0.03 0.41 0.05 Na2O 0.1 0.06 0.03 0.02 0.03 0.08 0.001 0.12 0.02 K2O 3.33 2.37 4.31 3.31 3.22 2.59 2.43 4.84 3.41 P2O5 0.13 0.15 0.2 0.23 0.16 0.22 0.22 0.38 0.31 Cl 0.0177 0.0232 0.0301 0.0135 0.0198 0.0253 0.0264 0.0355 0.0168 Humidité 3.26 2.39 6.24 6.09 3.09 2.8 5.48 11.64 6.19 Na2Oeq 2.29 1.62 2.87 2.20 2.15 1.78 1.60 3.30 2.26 FSL 2.92 4.93 5.64 8.78 4.13 2.73 10.76 2.62 6.70 MS 2.85 4.33 2.63 2.75 4.03 4.67 3.35 1.99 3.37 AF 2.53 3.29 2.20 2.75 2.36 2.41 3.01 2.35 2.15 RÉSULTATS DES ÉCHANTILLONS D'ARGILE 29
- 32. ESTIMATION DE LA COMPOSITION CHIMIQUE DE LA FARINE CRUE ET DE CLINKER Peut-on fabriquer du ciment à partir des matières premières obtenues ? 30
- 33. Éléments chimiques Argile AMSKROUD Calcaire AIT BAHA Minerai de fer Farine crue possible Clinker LA possible Spécifications d’usine p.a.f. 14.13 41 9.21 35.04 0.220 < 0.8 SiO2 55.02 3.53 10.39 14.41 22.129 - Al2O3 8.0 0.74 5.52 2.31 3.552 - Fe2O3 4.27 0.30 72.06 1.85 3.189 - CaO 13.84 52.32 2.21 43.74 67.146 - MgO 1.44 0.66 0.79 0.83 1.267 < 5 SO3 0.43 0.0 0.14 0.09 1.372 - Na2O 0.19 0.0 0.57 0.05 0.073 - K2O 2.07 0.22 0.62 0.61 0.940 - P2O5 0.09 0.05 1.60 0.07 0.113 - Cl 0.03 0.0131 0.0100 0.02 - - Humidité 8.22 0.27 11.08 2.05 - - Na2Oeq 1.55 0.1458 0.9780 0.45 0.69 < 0.65 FSL 8.32 477.71 2.68 98.77 98.42 95 ± 3 MS 4.48 3.39 0.13 3.46 3.28 2.4 ± 0.2 AF 1.87 2.4667 0.0766 1.25 1.11 1.2 ± 0.2 COMPOSITION CHIMIQUE DES COMPOSANTES DU CIMENT DE TYPE CPJ 45 LA 31
- 34. Composition du clinker LA Spécifications d’usine C3S 68.94 60 ± 5 C2S 11.53 15 ± 5 C3A 4.02 - C4AF 9.69 10 ± 2 Phase liquide 19.65 27 ± 0.1 SO3/alcalins 1.07 1 ± 0.2 C3S + C2S 80.47 73 ± 1 SIMULATION DU COMPOSITION MINÉRALOGIQUE DU CLINKER 32 il n'est pas possible de produire un ciment à teneur limitée en alcali, en utilisant les matériaux disponibles dans la cimenterie. On a besoin des solutions
- 35. SIMULATION DU CIMENT À FAIBLE TENEUR ALCALINE FABRIQUÉ À PARTIR DES MATÉRIAUX DISPONIBLES DE NOTRE CIMENTERIE AVEC DE LA BAUXITE. Solution 1 33
- 36. Éléments chimiques Bauxite de karst Argile AMSKROUD Calcaire AIT BAHA Minerai de fer Farine crue possible Clinker possible Gypse Ciment CPJ 45 LA p.a.f. 11.23 14.13 41 9.21 34.54 0.22 23.99 - SiO2 7.73 55.02 3.53 10.39 13.59 20.75 0 14.44 Al2O3 51.42 8.0 0.74 5.52 3.78 5.78 0 3.95 Fe2O3 21.48 4.27 0.3 72.06 2.06 3.49 0 2.344 CaO 2.08 13.84 52.32 2.21 43.24 66.0 0 58.29 MgO 0 1.44 0.66 0.79 0.88 1.34 0 1.06 SO3 0 0.43 0 0.14 0.06 1.31 32.44 2.58 Na2O 0 0.19 0.001 0.57 0.02 0.02 0.05 0.02 K2O 0.01 2.07 0.22 0.62 0.58 0.89 0.41 0.66 P2O5 0 0.09 0.05 1.60 0.08 0.12 0 0.09 Cl 0 0.03 0.0131 0.01 0.01 0 0 0.4 Humidité 9.4 8.22 0.27 11.08 0.97 - 0.11 - Na2Oeq 0.0059 1.55 0.1458 0.978 0.40 0.61 0.31 0.46 FSL 2.16 8.32 477.71 2.68 98.62 98.26 - - MS 0.11 4.48 3.39 0.13 2.32 2.24 - - AF 2.3939 1.87 2.4667 0.0766 1.84 1.65 - - COMPOSITION CHIMIQUE DES COMPOSANTES DU CIMENT (sol 1) 34
- 37. Composition du clinker LA Spécifications d’usine C3S 60.47 60 ± 5 C2S 14.43 15 ± 5 C3A 9.41 - C4AF 10.62 10 ± 2 Phase liquide 27.16 27 ± 0.1 SO3/alcalins 1.10 1 ± 0.2 C3S + C2S 74.90 73 ± 1 SIMULATION DU COMPOSITION MINÉRALOGIQUE DU CLINKER 35 Nous pouvons dire que nous avons résolu le problème de l'oxyde d'aluminium. Alors cette solution nous permettra de produire un ciment à faible teneur en alcalins. on a vérifier l'efficacite de la solution 1
- 38. SIMULATION DU CIMENT À FAIBLE TENEUR ALCALINE FABRIQUÉ À PARTIR DES MATÉRIAUX DISPONIBLES DE NOTRE CIMENTERIE AVEC DU SCHISTE. Solution 2 36
- 39. Éléments chimiques Schiste Marrakech Calcaire AIT BAHA Minerai de fer Farine crue possible Clinker possible Gypse Ciment CPJ 45 LA p.a.f. 5.18 41 9.21 33.34 0.220 23.99 - SiO2 53.87 3.53 10.39 13.30 20.600 0 14.346 Al2O3 14.72 0.74 5.52 3.65 5.658 0 3.872 Fe2O3 6.05 0.3 72.06 2.20 3.759 0 2.515 CaO 7.59 52.32 2.21 42.65 66.028 0 58.284 MgO 1.81 0.66 0.79 0.90 1.389 0 1.094 SO3 0.25 0 0.14 0.05 1.355 31.44 2.603 Na2O 0.12 0.001 0.57 0.03 0.050 0.05 0.035 K2O 1.80 0.22 0.62 0.55 0.848 0.41 0.636 P2O5 0.02 0.05 1.60 0.06 0.092 0 0.074 Cl 0.0 0.0131 0.01 0.01 0 0 0.396 Humidité 2.21 0.27 11.08 0.78 - 0.11 - Na2Oeq 1.30 0.1458 0.978 0.39 0.61 0.31 0.45 FSL 4.64 477.71 2.68 99.21 98.84 - - MS 2.45 3.39 0.13 2.27 2.19 - - AF 2.43 2.4667 0.0766 1.66 1.51 - - COMPOSITION CHIMIQUE DES COMPOSANTES DU CIMENT (sol 2) 37
- 40. Composition du clinker LA Spécifications d’usine C3S 60.04 60 ± 5 C2S 14.10 15 ± 5 C3A 8.64 - C4AF 11.43 10 ± 2 Phase liquide 27.02 27 ± 0.1 SO3/alcalins 1.11 1 ± 0.2 C3S + C2S 74.14 73 ± 1 SIMULATION DU COMPOSITION MINÉRALOGIQUE DU CLINKER 38 Nous pouvons dire qu'il est possible de fabriquer du ciment à faible teneur en alcalins avec les solutions proposées.
- 41. ETUDE ÉCONOMIQUE COMPARATIVE DES SOLUTIONS PROPOSÉES 39
- 42. CPJ 45 LA (sol 1) CPJ 45 LA (sol 2) CPJ 45 Calcaire 7.44 7.39 7.86 Argile/schiste 9.37 20.09 8.27 Bauxite 14.77 0.00 0.00 Réside de Fer 2.09 2.09 2.09 Calcaire ajout 2.85 2.85 2.85 Gypse 7.20 7.20 7.20 Somme 43.72 39.61 28.27 cout des matières premières pour les solutions proposées en MAD (pour 1 tonne de ciment) 40 Il reste un marge bénéficière pour la cimenterie
- 43. CONCLUSION 41
- 44. Etude géochimique Calciare LA Argile LA farine crue et impossible à cuir Production du ciment LA faisabilité de la composition On a proposé 2 solutions Bauxite, schiste 42
- 45. CREDITS: This presentation template was created by Slidesgo, including icons by Flaticon, infographics & images by Freepik MERCI DE VOTRE ATTENTION! 43
- 46. L’étude de la possibilité de production du ciment à teneur limitée en alcalins "low alkali" : Cas de CIMAR d'Ait Baha MASTER SCIENCES ET TECHNIQUES Ingénierie chimique et sciences des matériaux Mr Abdellah ANOUAR FST Settat Président Mr Abdellah ech-chahad FST Settat Examinateur Mr Bouchaib MANOUN FST Settat Encadreur Soutenu le 25 /06 /2022 devant la commission d’examen : Présenté par : BAHSSINI Youssef SOUTENANCE DE PROJET DE FIN D’ETUDES Pour l’obtention
Notes de l'éditeur
- Messieurs les membres du jury, chers amis, Avant de commencer la présentation de mon projet de fin d'étude , je souhaiterais remercier monsieur le président et monsieur l'examinateur d’avoir porté intérêt à mon projet de fin d'étude et d’avoir accepté de juger à cette soutenance.
- durant la période de mon stage j'ai travaillé sur une étude de la possibilité de produire du ciment à teneur limitée en alcali "low alcali" dans la cimenterie d'Ait Baha
- Le plan de mon travail est le suivant
- Le ciment est un liant hydraulique qui se présente sous forme de matière minérale finement broyée. L'industrie cimentière offre aujourd'hui aux utilisateurs un grand nombre de ciments aux propriétés précises et adaptés à des domaines d'utilisation spécifiques. Parmi ces ciment en trouve ciment a faible teneur en alcalin
- Mon stage de pfe s'effectue au sein du département de production et qualité de la cimenterie Ait Baha, qui appartient à Ciments du Maroc.
- Depuis 2010 la cimenterie d’Ait baha couvrir le besoins de la région Souss massa et le grand sud marocain grâce a une capacite de production de 2.2 millions de tonnes de ciment par ans et un four de capacite de 5000 t/j
- Grace au demande …. Dans ce projet, on va essayé de répondre à cette question
- Mais avant d’essayer à résoudre ce problématique on a besoins de connaitre quelque information sur le ciment en générale qui nous permet de comprendre mieux ce projet
- Ciment portland sont les ciment les plus abondant dans le monde il représente plus de 90% de la production Mondiale sont constitué généralement par le chaud et le silice composée de clinker avec le gypse . Hadi ma3ajbatnich
- Pour produire à ciment on a besoins des éléments suivants Chacun de ces éléments à un rôle très important pour les propriétés physicochimiques de ciment
- On passe maintenant au clinker qui est le produit semi fini de ciment
- Le clinker composer généralement des éléments majeurs comme j’ai expliqué dans la diapo précédente Et aussi des éléments mineurs Tous ses éléments sont très importants dans la cuisson de la farine crue et la formation d’un clinker a haut qualité Dans ce projet j’ai concentré sur les alcalin on parle ici de l’oxyde de sodium et l’oxyde de potassium.
- Le clinker possède aussi une composition miniraloque qui est le facteur le plus important dans la résistance de ciment Comme vous voyez on a généralement 4 éléments le ….
- Apres avoir une idée sur le ciment on passe à la procède de fabrication
- Généralement il existe quatre procède de fabrication mais ici je vous explique Just le procède a voie sèche Pompière étape est l'extraction des matières première généralement le calcaire et l'argile et leur Transfer vers la cimenterie Les matières premières transfèrent à la trémie d'alimentation pour le contrôle de la composition de la farine crue Apres le broyage du crue et homogénéisation on ce point on a produire notre farine crue Pres la farine est alimentée vers l’atelier de cuisson qui se compose par trois partie (préchauffage, four rotatif, et refroidisseur) Apres le clinker est stocké dans des silos dômes etc. La dernière étape c’est la production du ciment par le broyage de clinker avec le gypse et expédition soit en vrac ou en sac
- On passe maintenant à la partie suivante dans lequel je veux parler sur le ciment de type LA
- La première question qu’on peut poser ici c’est…
- la Deuxième question cest
- Pour éviter le gonflement du ciment ou béton grâce aux réaction alcali silice et alcalin carbonate
- Nous avons concentré dans ce travail sur la possibilité de la production du ciment portland de type CPJ 45 LA
- Pour la résolution de notre problématique j’ai focalisé premièrement sur les matières premières
- Dons laquelle on a effectué une analyse géochimique des carrières de la cimenterie on se base ici sur les sondages des carrières on a constaté que le calcaire et parfait pour notre ciment en contraire de l’argile si pour ça on a effectué un échantionnage sur le carrière d’argile
- Voici quelques photos de la Journée de l’échantionnage
- Apres analyse géochimique des carrières nous avons analysé notre échantillon dans le laboratoire Comme vous voyez dans ce schéma on a commencer par … Ca concernant les méthodes chimiques
- Pour étudier la faisabilité de notre composition, nous avons utilisé plusieurs modules de simulation,
- On passe maintenant aux résultats qu’on a trouver
- Le tableau suivant présenter les résultats de lechantionnage D’après le tableau on constate que l’échantillon 2 6 ET 7, sont des bonnes argiles pour notre ciment aussi ils confirment les résultats des sondages Donc cette étape est valide Zid ba9i
- On passe a letape suivant
- on Constate de le MS est élevé donc les réactions chimiques peuvent être trop lentes rendant difficile l'obtention d'un degré de réaction satisfaisant. Le four devient plus poussiéreux et difficile à utiliser. Donc, plus il est difficile de cuire. On peut justifie ca par la faible teneur de Al2O3 de clinker
- D’après le tableau on est arrivé a une phase liquide très faible donc on a pas de phase fondue qui permet le transport et le contact des réactifs et qui augmente la vitesse de réaction donc le mélange et difficile a cuir Alors on a besoins des solutions
- 1ère solution est la bauxite afin d’augmenter le taux de Al2O3 dans notre clinker
- Les résultats montrent que nous avons résolu le problème de l'alumine Tous les modules dans la marge Nous sommes arrivés à un ciment à faible teneur en alcalin 0,46
- Analyse minéralogique assure ces résultats En constate une augmentation de la phase liquide
- ● Nous avons également proposé une 2ème solution, dans laquelle nous allons remplacer l'argile d'Amskroud par un autre matériau silico ● Après recherche, nous avons constaté que la région de Marrakech est riche en ce type de matériau, nous avons donc choisi le schiste de la carrière de Mzodia
- Les résultats montrent que nous avons résolu le problème de l'alumine Tous les modules dans la marge Nous sommes arrivés à un ciment à faible teneur en alcalin 0,45
- Analyse minéralogique assure ces résultats En constate une phase liquide de 27 Gol solution mazyana lina
- Je veux terminer par une etude economique comparative entre les solution proposes
- On constate que la solution 1 est très couteuse par rapport à la solution 2 et les deux solutions sont chères par rapport au ciment CPJ 45. Il reste un marge bénéficière pour la cimenterie
- Pour conclure on peut dire que nous ne pouvons pas produire un ciment de type LA uniquement avec les matériaux disponibles en cimenterie car nous sommes arrivés à un problème de faible teneur en alumine, Plusieurs solutions ont été proposées et confirmées.
- L’objectif de ce projet était d’étudier de la possibilité de produire un ciment à faible teneur en alcalins dans la cimenterie d’Ait Baha, avec les matières premières qui sont disponibles dans l’usine. Nous avons trouver un calcaire et argile faiblement en alcalin Pour étudier la fusibilité de notre composition, nous avons utilisé plusieurs modules de simulation, les résultats de la simulation montrent que notre farine crue et impossible à cuir au four. Nous avons proposés plusieurs solutions
- On est arriver a la fin de cette présentation Je vous remercie pour votre attention.