LAITIERS D’ACIÉRIE DE CONVERSION :CARACTÉRISATION ET ÉVOLUTIVITÉ

Résumé

Les laitiers de convertisseurs à oxygène ou BOF slag (BasicOxygen furnace) sont des co-produits de l’industrie sidérurgique.Suivant la nuance d’acier produite, 100 à 200Kg de BOF slagsont générés par tonne d’acier [MAH, 08]. En 2005, 1,2 millionsde tonnes ont été produites en France. Le principe de laconversion de la fonte en acier est de réduire la teneur en carbonepar soufflage d’oxygène. Au cours de ce procédé, de la chaux estintroduite dans le convertisseur pour fixer les élémentsindésirables contenus dans la fonte et pour protéger les briquesréfractaires du four. A la fin de la conversion, les BOF slag sontséparés de l’acier par gravimétrie. Les laitiers d’aciérie sont peu exploités ; l’agriculture enconsomme une faible partie en amendement agricole pourneutraliser l’acidité du sol. Mais la plus importante utilisation desBOF slag concerne le domaine des techniques routières, commegranulats, puisqu’ils possèdent une bonne résistance mécaniqueet leur coût est peu élevé [MOT, 01]. Malheureusement cetteutilisation a été restreinte durant les dernières années à cause del’expansion volumique des BOF slags due à l’hydratation del’oxyde de calcium contenu dans ces matériaux [CAI, 00].Grâce à leur composition chimique proche de celle des cimentsPortland, la valorisation des BOF slag dans les liantshydrauliques est envisageable. Cette valorisation aura un impactenvironnemental en préservant les ressources naturelles et enlimitant l’émission de CO2due à la clinkérisation. Cependant,ces matériaux ont des propriétés hydrauliques faibles en raison dela différence minéralogique par rapport au ciment Portland,notamment l’absence de silicate tricalcique et la forte teneur enoxyde de fer [Mur, 97]. En effet, la wüstite (Fe1-xO) qui est unedes phases principales des BOF slag ne réagit pas au contact del’eau. D’autre part leur utilisation peut être limitée en raison deleur forte évolutivité. En effet, l’oxyde de calcium contenu dansces matériaux réagit facilement avec l’humidité de l’air pourdonner de la chaux éteinte Ca(OH)2, qui elle-même se carbonateau contact du CO2ambiant en formant de la calcite CaCO3. Dece fait, la teneur en CaO diminue au cours du temps ce qui peutralentir la réactivité de ces matériaux.La valorisation des BOF slag demande au préalable unecaractérisation physico-chimique approfondie, afin d’avoir unebonne connaissance de leur composition chimique et de trouverle meilleur moyen de les valoriser. La plupart des travaux derecherche publiés sur ce sujet portent sur la caractérisationqualitative des BOF slag et sur la quantification de leur teneur enchaux, suite au problème de gonflement. Cependant, laquantification et l’identification des propriétés des autres phases(C2S, C2F, etc.) sont aussi un atout pour l’utilisation des BOFslag que ce soit sous forme d’agrégats ou d’un constituant à partentière du ciment.Ce travail concerne la caractérisation chimique et physique dedifférents laitiers d’aciérie (fraîches et vieilles productions).Différentes méthodes d’analyse qualitatives et quantitatives deces matériaux ont été développées. Les compositions massique etminéralogique ont été déterminées par fluorescence X etdiffraction des rayons X. L’arrangement des phases au sein desgrains a été observé à la microsonde de castaing couplée avec desanalyses EDS afin d’identifier les compositions élémentaires dechaque phase ainsi que les impuretés qu’elles peuvent renfermer.La teneur en chaux libre est déterminée par un dosage acido-basique complété par des analyses thermogravimétriques afin dedifférencier les teneurs respectives en Ca(OH)2et en CaO. Lateneur en CaCO3a été déterminée également par cette technique.Des dosages chimiques et des extractions sélectives ont permis decompléter la quantification des phases minérales. Les propriétésphysiques ont été étudiées sur une poudre de granulométrie0/0,125 mm. La surface spécifique a été déterminée par le testBlaine selon la norme EN 196-6. La masse volumique absolue aété mesurée par pesée hydrostatique dans un liquide non réactif.L’évolutivité de ces matériaux a été suivie par dosages des phasesCaO, Ca(OH)2et CaCO3sur des BOF slag de teneurs initiales enchaux variables et de conditions de conservation différentes.