Influence des ions fer sur les transformations thermiques de la kaolinite

Influence of iron ions on the thermal transformations of kaolinite

• Auteur / Autrice : Nibambin Siaka Soro
• Direction : Jean-Pierre Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mullite

Côte d'Ivoire

Argile

Mots clés libres

Ferrihydrite

Demixtion spinodale

Demixtion exothermique

Résumé

Des matériaux modèles utilisés ont été obtenus en faisant précipiter des quantités connues d'un composé du fer (la ferrihydrite) sur la surface des plaquettes de kaolinite contenue dans 3 kaolins de référence relativement purs. Les particules de ferrihydrite déposées sur les surfaces s'y transforment en hématite vers 300ʿC. Les ions fer des particules d'hématite ne diffusent dans les plaquettes de métakaolin qu'à partir de 900ʿC. La réorganisation structurale du métakaolin, qui se produit vers 980ʿC, est une démixtion partiellement spinodale et partiellement exothermique qui conduit à la formation de micro-domaines, respectivement riches en silice et en alumine. Les ions fer favorisent la démixtion spinodale et facilitent la cristallisation de mullite permettant même de convertir 50% du métakaolin en mullite dès 1150ʿC. En favorisant la formation d'une plus grande quantité de cette phase, ils assurent donc aux produits obtenus de meilleures propriétés mécaniques. L'étude réalisée sur deux échantillons d'argile de Côte d'Ivoire a permis de montrer que le comportement des kaolins artificiellement enrichis en fer est similaire à celui des argiles kaolinitiques jusqu'à 1000ʿC

Model materials used were obtained by adding known quantities of ferric compound (the ferrihydrite) in 3 reference kaolins. During heating, the particles of ferrihydrite deposited on the surface of the kaolinite platelets are transformed into hematite at 300ʿC. After the kaolinite dehydroxylation, the iron ions diffuse in metakaolin above 900ʿC. The structural reorganisation of the metakaolin, observed towards 980ʿC, which should correspond to a demixtion of the amorphous phase into silica and alumina rich domains, is very sensitive to the presence of iron ions. Fe3+ ions favor diffusional and athermic process (spinodal demixtion) to the detriment of the exothermic phenomenon. The presence of iron ions also accelerates mullite formation above 1000ʿC ; the transformation into mullite of 50 weight % of the metakaolin can be obtained at temperature since 1150ʿC. Therefore, the presence of iron species in kaolin must contribute to an improvement of the mechanical properties of derived ceramics, especially, when fired in the range 1100-1150ʿC. The study performed on two Ivory Coast clays have shown that the iron enriched kaolins and kaolinitic clays have similar behaviour, at least until 1000ʿC