Thèse soutenue

Formation du sulfate de calcium hémihydrate de type α à partir de gypse par un procédé de dissolution-cristallisation : étude cinétique expérimentale et modélisation

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Auteur / Autrice : Yi Rong
Direction : Alain GaunandFabienne Espitalier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Energétique et procédés
Date : Soutenance le 18/12/2018
Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Thermodynamique des procédés. Fontainebleau - Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés, de l'énergie et de l'environnement (Albi ; 2012-....)
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
: École nationale supérieure des Mines d'Albi-Carmaux (1993-....)
Jury : Président / Présidente : Christine Frances
Examinateurs / Examinatrices : Alain Gaunand, Fabienne Espitalier, Sylvaine Neveu, Yves Le Quesne, Marie Debacq, Fabien Baillon
Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Muhr

Mots clés

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Résumé

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De nombreuses transformations de solides en solution, polymorphiques ou non, en industrie minérale ou pharmaceutique, se déroulent par la dissolution d'un premier solide en vue de la cristallisation du second. Au lieu de la voie traditionnelle de séchage, la transformation du gypse (sulfate de calcium dihydrate) en alpha-bassanite (sulfate de calcium hémihydrate) peut s’effectuer en solution aqueuse : en augmentant suffisamment la température, le gypse devient plus soluble dans l'eau que l’hémihydrate, qui a alors la possibilité de cristalliser. Un appareillage et un mode opératoire originaux ont été conçus pour investiguer la sensibilité de la cinétique de la transformation et des caractéristiques des cristaux d’hémihydrate obtenus à ces conditions opératoires. En effet, cette voie de dissolution-recristallisation permet le contrôle du facteur d'aspect des cristaux d’hémihydrate, voire celui de leur taille moyenne et de leur dispersion de taille, par le choix de ses conditions physico-chimiques : température, pH, utilisation d’additifs, et ensemencement de la solution avec des particules d’hémihydrate appropriées. Les techniques d'analyse images sont développées afin d'identifier le rapport d'aspect des particules. Un modèle cinétique prenant en compte la dissolution du gypse, la nucléation et la croissance du sulfate de calcium hémihydrate, les équilibres en phase aqueuse et de solubilité, a été élaboré, et ses équations résolues avec le logiciel MATLAB. Couplée à une méthode numérique d'optimisation, cette résolution sous MATLAB permet d'examiner la validité des hypothèses sur les processus retenus et d'identifier leurs paramètres cinétiques.