Etude de la réactivité des scories de la métallurgie du cuivre en vue de leur utilisation comme ajout au ciment

Les scories étudiées appartiennent soit au système CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (Scorie A épuisée en métaux « lourds »), soit au système CaO-FeO-SiO2 (Scories B, C, D et E) avec des teneurs en MgO, Al2O3 et ZnO appréciables ainsi que des proportions en métaux « lourds », autres que le Zn, non négligeables (Cu, Co et Pb). A l’exception de la scorie A, toutes les scories étudiées peuvent être classées comme « déchets dangereux » pour l’homme et pour l’environnement, car elles sont riches en métaux « lourds ».

La R.D.Congo regorge des quantités énormes de ces scories qui occupent des grands espaces avec tous les risques de pollution qu’elles présentent. En général, pour gérer ces types des matériaux, plusieurs techniques peuvent être utilisées. Dans ce travail, nous nous sommes proposés d’utiliser ces scories comme additions minérales actives au ciment afin de stabiliser leurs métaux « lourds », de les éliminer de la nature et de leur donner une valeur économique. Une telle étude n’a jamais été réalisée en R.D. Congo. De ce fait, trois axes d’études expérimentales ont été mis en œuvre :

- une étude théorique de la réactivité des scories fondée sur leurs caractéristiques chimiques et structurales.

- une étude de la réactivité intrinsèque des scories réalisée dans différents systèmes (NaOH, Ca(OH)2 et ciment), à partir de leurs verres. La méthode qui a été utilisée consiste à suivre la disparition des exothermes de cristallisation des verres de scories, lors de l’hydratation, par analyse thermique différentielle (ATD). A l’issu de cette étude, nous avons trouvé que toutes les scories ont un potentiel hydraulique qui dépend de la nature et de la proportion en verres qui les composent ainsi que des types d’activateurs utilisés. Les verres les plus réactifs sont ceux qui contiennent une grande quantité en éléments structuraux basiques (Si2O76-, Si2O88-, etc.) et en cations modificateurs de réseaux (Ca2+, Mg2+, Al3+ et Zn2+).

Le ciment, utilisé comme activateur, constitue un des meilleurs composés qui permet une hydratation facile et rapide des différents types de verres à 25°C. Lors de cette hydratation, il s’établit des interactions entre les verres des scories et les phases anhydres et/ou hydratées du ciment qui affectent directement l’évolution de l’hydratation des phases du clinker ainsi que les propriétés mécaniques des pâtes durcies des mélanges « scories-ciments ».

Les produits issus de l’hydratation des scories et/ou du ciment (C-S-H) sont les phases qui permettent de « stabiliser» les métaux « lourds » par insertion dans leur structure.

Toutes les scories étudiées peuvent être valorisées comme ajouts au ciment. Cependant, cette valorisation sera plus rentable si la scorie est épuisée en éléments recherchés en métallurgie tels que le Cu, le Co, le Ge et le Zn, comme c’est le cas des scories A et E.

- une étude des ciments à base des scories A et E a porté sur leur cinétique d’hydratation afin de corréler leurs processus d’hydratation à l’évolution de la microstructure et des propriétés mécaniques de leurs pâtes durcies. Les temps de prise de ces ciments ont aussi été déterminés.