Recherche Avancée

Thèse soutenue

Contribution à l'étude du système silicate décalcique-phosphate tricalcique et son intérêt dans la caractérisation et la valorisation de scories d'aciéries

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Auteur / Autrice : Philippe Spannagel
Direction : Omer Evrard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
Date : Soutenance en 1996
Etablissement(s) : Nancy 1
Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nancy I. Faculté des sciences

Résumé

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La fabrication d'acier à partir de minerai riche en hématite conduit à une production de scories pauvres en phosphore. Afin qu’elles présentent un intérêt comme amendement engrais, nous avons étudié une méthode d'enrichissement en P₂O₅ réalisable au niveau du convertisseur. L'analyse et la caractérisation approfondie d'une scorie de conversion de fonte hématite (CFH) a permis de préciser la nature des phases et de proposer une estimation de leurs teneurs respectives ; le phosphore se retrouve principalement concentré dans des phases silicophosphates calciques du système Ca₂SiO₄-Ca₃ (PO₄)₂ Nous avons montré qu’il n'existe pas de solution solide continue entre Ca₂SiO₄-Ca₃ (PO₄)₂ mais qu’il se forme trois composés définis : - Ca₃₅ (Si0₄)₁₆ (P0₄) ₂, une nouvelle phase mise en évidence/ - la Nagelschmidtite Ca₇ (SiO₄)2 (PO₄)₂ identifiée dans les scories enrichies, dont nous avons déterminé la structure cristallographique après synthèse de monocristaux et précisé les relations structurales existant entre les différents composés du système Ca₂SiO₄ - Ca₃ (PO₄)₂ ; il existe un mécanisme de substitution du silicium par le phosphore avec création de lacunes ordonnées/ - Ca₅(Si0₄) (P0₄)₂, la silicocarnotite. L'influence, à 1300°C et 1500°C, d'ajouts sodiques synthétiques ou d'origines industrielles sur la formation et les caractéristiques des composés du système Ca₂SiO₄ -Ca₃ (P0₄)₂ a ensuite été étudiée ; l'élément sodium est principalement responsable de l'augmentation des vitesses de formation des silicophosphates calciques. L'étude de mélanges scorie CFH - ajouts à haute température a montré que: - l'enrichissement en phosphate aluminocalcique joue un rôle important sur la nature, la composition, la morphologie et la répartition des phases formées/ - l'introduction d'un ajout modifie la répartition du phosphore entre les différentes phases. Ils s'avèrent, lors de l'étude de la solubilité citrique de ces produits, que ces modifications influencent le rendement en phosphore biodisponible ; la sélectivité de l'attaque citrique a été mieux comprise.