Ali ASSIFAOUI
Ph. D. Material Science

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Application Industrielle

A l’échelle industrielle, une barbotine représente plusieurs tonnes de matières premières préalablement broyées, d’eau et d’additifs de défloculation. Pour qu’elle soit exploitable, la barbotine doit être stable dans le temps, suffisamment fluide et contenir une haute teneur en matières sèches. Si ces trois conditions ne sont pas réunies, les conséquences au niveau de la chaîne de production peuvent être très néfastes : 

• sédimentation de matières sèches dans les cuves de stockage, perte de produit, d’énergie et retard à la production,

• hétérogénéité au niveau de la barbotine avec, en fin de chaîne, un produit fini défectueux.

Ce chapitre est consacré à l’étude de la stabilité des barbotines céramiques de la société Union Cérame. Il s’agit essentiellement de l’étude du comportement en suspension des mélanges constituant le tesson : bicuisson, de référence "UPC" et monocuisson, de référence "UPM". Notre but est de déterminer les conditions optimales de stabilité de ces barbotines et de proposer les solutions les plus avantageuses et notamment les plus économiques.

Présentation de la société

Union Cérame est une société S.A., spécialisée dans le domaine de fabrication de carreaux muraux et de sol. Elle fût créée en 1987 avec un capital de 26 000 000 Dhs et une production de 4000 m² / jour. Elle est située dans le quartier industriel de Berrechid à proximité de carrières qui fournissent à l'usine une partie des matières premières utilisées. Le démarrage de nouvelles unités en 1998 a permis d'atteindre une capacité de 17 000 m²/jour. Le capital fut ainsi augmenté à 15 000 000 Dhs avec un effectif de 700 personnes, 40 cadres dont 14 affectés au laboratoire de contrôle.

Procédés de fabrication

Le procédé de fabrication industrielle de carreaux céramiques comporte plusieurs étapes. La maîtrise et l’optimisation des paramètres propres à chaque étape sont primordiales quant à la qualité du produit fini. Le présent travail concerne l’étape relative à la préparation et au stockage de la barbotine céramique.

Matières premières

En général, les matières premières utilisées dans la préparation des carreaux céramiques sont d’origine naturelle (argiles, calcite, sable,..). Certains composés tels que le feldspath et la pyrophyllite nécessitent un broyage à sec avant d’être introduits dans la formulation. A Union Cérame, deux formulations sont utilisées : la monocuisson, notée ‘UPM’, et la bicuisson notée ‘UPC’.

La mise en suspension de ces formulations est réalisée en introduisant dans un broyeur les matières premières, l’eau et les matières défloculantes. L’eau utilisée est une eau de recyclage, récupérée lors du nettoyage des cuves et des broyeurs. Une grande partie de cette eau provient de la nappe phréatique de Berrechid (EUC). Pour assurer la bonne dispersion de la barbotine, la société Union Cérame utilise le tripolyphosphate de sodium (TppNa) comme défloculant.

Broyage humide

Le broyage consiste en la réduction des dimensions d'un composé solide dans un rapport entrée/sortie bien défini. Il peut se faire par voie sèche ou par voie humide. C’est cette dernière technique qui est utilisée à Union Cérame.

* Dispositif (figure)

La société utilise un système de broyage en discontinu. Elle dispose de 10 broyeurs cylindriques dont 4, d'une capacité de 32 500 l, sont réservés à la formulation bicuisson (UPC) et 6, d'une capacité de 38 000 l, à la formulation monocuisson (UPM). L’intérieur du broyeur est couvert par un revêtement en caoutchouc de 4 cm d’épaisseur.

I.2.3. Stockage et contrôle de la barbotine

* Stockage

Les barbotines ainsi préparées sont maintenues sous agitation dans des cuves (figure) pendant un certain temps appelé temps de vieillissement. C’est le temps nécessaire pour atteindre l’homogénéité de la barbotine, c’est à dire pour que ses paramètres physico-chimiques soient identiques en tout point du mélange. La barbotine est dite alors stable et peut être utilisée dans l’étape suivante de séchage (par atomisation).

* Contrôle

A Union Cérame, le contrôle de l'état de la barbotine est réalisé par la mesure du temps d'écoulement. C’est le temps nécessaire pour qu’une quantité donnée de barbotine s’écoule d'un entonnoir de dimensions normalisées. Cette mesure est adoptée dans l’industrie céramique afin d’obtenir des informations sur la fluidité de la barbotine. En fait, cette technique empirique ne fournit qu’une seule donnée comparative sur la fluidité et ne renseigne, en aucun cas, ni sur l’évolution de la viscosité en fonction du temps, ni sur l’homogénéité de la suspension.

I.2.4. Séchage (atomisation)

La barbotine stabilisée est alors convoyée à l’aide de pompes vers un atomiseur où elle est pulvérisée, sous forme d’un fin brouillard, dans l'enceinte de séchage (figure ). Le pompage de la barbotine impose que celle-ci ait une densité et un temps d'écoulement convenables. La densité requise est égal à environ 1620 g/l alors que le temps d’écoulement varie entre 12 et 14 secondes. De l’air chaud (~ 460°C) provenant d’un brûleur est ventilé vers l’enceinte de séchage. La poudre obtenue présente généralement une bonne homogénéité du point de vue granulométrie et humidité relative.

Résultats

L’analyse des différents résultats, nous permet d’avancer les conclusions suivantes :

• le comportement rhéologique du mélange UPC est largement influencé par celui de l’argile C3, alors que celui du mélange UPM est influencé par l’argile C4,

• la viscosité et la limite d’écoulement de la barbotine UPC sont inférieures à celles des argiles C3 et C4 seules. Ceci est dû au rôle bénéfique de la calcite, introduite comme adjuvant de frittage, sur la défloculation,

• l’étude de la défloculation des mélanges UPC et UPM a montré que le métasilicate de sodium (MSi) est plus efficace que le TppNa seul et le mélange TppNa–carbonate de sodium. Le mélange TppNa–MSi présente la meilleurs défloculation. Il permet d’obtenir une barbotine de densité très élevée égale à 1640 g/l (64,5% massique) tout en gardant une viscosité faible (figures 21 et 22). L’utilisation de ce défloculant (MSi) permet de gagner en :

1. pourcentage de défloculant : le taux optimal en TppNa pour UPC et UPM est égal à 0,8% et 0,6% respectivement, alors que la teneur optimale en MSi est égale à 0,55% pour UPC et 0,45% pour UPM,

2. prix de revient du défloculants : le prix au kilo pour le TppNa et le MSi est 7 et 5 Dh/Kg respectivement.

 

a- UPC	b- UPM

Ceci a pour conséquence directe une diminution du prix de revient du produit fini par :

• une diminution de 220% en prix de défloculant,

• une diminution en énergie par utilisation d’une teneur plus élevée en matières sèches.

• Le mélange TppNa–MSi présente la meilleurs défloculation. Il permet d’obtenir une barbotine de densité très élevée égale à 1690 g/l (66,7% massique) tout en gardant une viscosité faible. Les figures a et b montrent l’évolution du prix de revient de défloculants par broyeur pour les mélanges UPC et UPM,

• l’utilisation d’une eau telle que EUC, de dureté élevée (riche en cations Ca²⁺ et Mg²⁺), a un effet néfaste sur la défloculation. L’utilisation de l’eau du réseau de Berrechid (ERB) permet d’obtenir des résultats satisfaisants, à savoir, une augmentation de la réactivité du défloculant et donc une amélioration de la stabilité de la barbotine avec une économie en défloculant et en énergie (séchage) importante.