Use of k2o - cao based compounds to improve the sintering behaviour and properties of sustainable semi-vitrified products

Abstract

Des matières premières locales dont une argile kaolinitique (KM) provenant de la Région du Nord-ouest, des matériaux feldspathiques (FBb1, FBb2, FMj) provenant de Boboyo (FBb) dans l’Extrême-Nord Cameroun et de Manjo (FMj) dans le littoral ; une syénite néphéline (NPH) provenant d’Eboundja dans la Région du Sud et un matériau calcaire (du marbre) provenant de Figuil dans le Nord ont fait l’objet d’une étude en vue de l’élaboration des matériaux semi-vitrifiés de Hautes Performances à des températures relativement basses. Des analyses chimiques, minéralogiques, thermiques et microstructurales ont été réalisées sur ces matériaux. L’argile kaolinitique de Mankon utilisées allie à la fois les propriétés d’un bon kaolin avec la kaolinite comme phase majeure et d’une ball clay avec un indice de plasticité de 27,69 %. Les matériaux feldspathiques ont été choisis pour leur teneur en oxyde de potassium (K2O) variant entre 4-6% en masse. Le marbre titrant 95% de carbonate de calcium et 5% de dolomite a été utilisé pour ajuster la fraction fondante et favoriser la formation des eutectiques en vue d’abaisser la température de frittage des céramiques élaborées. Dans la première phase du travail, le marbre a été ajouté en pourcentage fixe (5%) dans deux compositions dont l’une à base de feldspath de Boboyo 1 (P) et l’autre à base de syénite néphélinique (G) ; La vitrification du matériau à base de syénite néphélinique (G) a été retardée par rapport au matériau à base de pegmatite (P). La cristallisation de la leucite qui est apparue dans la courbe d'Analyse Thermique Différentielle (ATD) de la pegmatite n'a pas été trouvée dans la courbe d'ATD du grès cérame (B). Ces différences ont été attribuées à l'influence du CaO dans l'amélioration de la vitrification et la réduction de la viscosité du fluide formé dans les systèmes à base d'orthose par rapport aux systèmes à base d'albite. La composition (P) a montré une résistance en flexion élevée et une porosité relativement faible à une température de 1175°C avec moins de 0,4% d'absorption d'eau à 1200° C. (G) est resté poreux jusqu'à 1225°C (avec 2,5% d'absorption d'eau) et a atteint la résistance à la flexion de la composition (P) uniquement à 1225°C. Dans la deuxième partie du travail, nous avons éliminé la syénite nephelinite et intégré deux matériaux riches en K2O: un deuxième échantillon de pegmatite de Boboyo ainsi qu’une pegmatite prélevée à Manjo. Les pourcentages d’ajout du marbre ont été variés entre 0 – 10% et les matériaux élaborés ont été traités thermiquement entre 1150°C – 1225°C pour les compositions avec ajout et jusqu’à 1300°C pour les compositions de référence (sans ajout). L'ajout de calcaire au mélange a amélioré de manière significative les propriétés physiques et mécaniques des matériaux élaborés et a diminué remarquablement la température de frittage. La mullite s'est avérée être la phase principale des échantillons de référence, tandis que la mullite et l'anorthite ont été présentées comme phases principales des échantillons basés sur l'ajout de calcaire de 3 à 7%. Les échantillons avec addition de calcaire ont montré un phénomène d'expansion contrôlée après le retrait maximum entre 1175 et 1200 ° C; cela a contribué à réduire le retrait linéaire des matériaux obtenus. À partir de 1175 °C, certains échantillons additionnés de calcaire ont présenté une résistance à la flexion très élevée (jusqu'à 138 MPa), une bonne densité (jusqu'à 3,2), une faible absorption d'eau (proche de zéro) et de faibles pourcentages de pores ouverts. Les céramiques à base de mullite et d'anorthite simultanément comme phases principales ont développé une vitrification précoce, une résistance à la flexion élevée, une faible porosité et une bonne densité à une température relativement basse. À partir de 1225 °C, les échantillons avec ajout de calcaire (à partir de 3%) ont montré une diminution des performances mécaniques, indiquant que ces formulations n'ont pas besoin de températures supérieures à 1200 °C pour obtenir des matériaux de qualité optimale. Cela signifie un gain en température de près de 150 °C par l'addition contrôlée du calcaire à la composition et l’application d’un bon process de production