Soutenance mémoire
Optimisation de la formation d’un cru stable
Processus de fabrication du ciment à Holcim Ras El Ma
Introduction Générale
Le ciment est un matériau de base qui trouve de nombreuses applications dans le génie civil. Son utilisation est généralisée dans le monde entier. Face à une population mondiale et à un développement croissants, les besoins en produits cimentiers pour la construction des bâtiments et des infrastructures de communication sont considérables. Pour produire le ciment qui est un produit de base élaboré, mais ayant pourtant un prix de vente somme toute assez faible, l’industrie cimentière a dû optimiser son processus de fabrication. Il s’agit d’un procédé de fabrication très consommateur d’énergie électrique, surtout au niveau des opérations de broyage et du traitement thermique.
La fabrication du ciment
La fabrication de ciment à HOLCIM REM à Fès, utilise le procédé par la voie sèche car il est plus économique en énergie. Ce procédé se réduit schématiquement aux quatre opérations suivantes
• Préparation des matières premières.
• Homogénéisation et broyage du cru.
• Production du Clinker (cuisson).
• Mouture du ciment et expédition.
Etape 1 Préparation des matières premières
La carrière
La carrière en cimenterie constitue la source en matières premières lesquelles subiront des transformations pour fabriquer le produit ciment. Les matières premières doivent contenir certains composés chimiques (Carbonate de calcium, oxyde de fer, Alumine et silice) et sont généralement des calcaires. Elles sont extraites au niveau de la carrière sous forme de blocs de dimensions très variées (~ 1,3m3) par abattage en grande masse, au moyen d’explosifs.
Figure 3 Extraction des matières premières au moyen d’explosifs
Le gisement de calcaire qui se trouve à 50m du concasseur est exploité à raison d’un seul gradin de 15 m de hauteur. Les autres matières premières Schiste ; Agrile et Minerai de Fer sont extraites d’autres carrières et sont transportés jusqu’à l’usine pour être stockés.
Concassage
L’atelier de concassage comprend un concasseur à marteau à double rotor, qui convient pour le concassage de toutes matières friables ou demi-dures.
Les blocs du calcaire et de schiste sont concassés en même temps (préhomogénéisation) pour donner un mélange qui est la matière principale de la fabrication du cru avec des proportions bien déterminés (78% calcaire et 22% de schiste), cette répartition est contrôlée par un PGNAA (analyse instantané par activation neutronique) ce dernier donne des informations importantes sur la composition chimique du mélange et sur les proportions de chaque composé chimique, ces données vont être interprétés ensuite par la salle de contrôle du concasseur .
Le concasseur de débit 1500t/h peut concasser des blocs de dimensions maximales 1.3m. La granulométrie des produits à la sortie du concasseur est à 99% inférieure à 100mm.
Le dépoussiérage de l’atelier de concassage est assuré par un filtre à manches qui permet la récupération des matières très fines pour les remettre dans le circuit. Ceci permet à la fois un gain en productivité et une réduction des nuisances engendrées par les poussières aussi bien pour l’installation que pour le personnel.
Figure 6 Principe du concasseur à double rotor
Transport des matières premières
Le transport et la manutention des matières premières est assuré par des engins mécaniques (pelles mécaniques, chenilles, camions bennes, …) et des équipements de manutention. Les engins mécaniques sont utilisés lors des phases d’extraction et d’alimentation du concasseur et pour le transport des ajouts. Les équipements de manutention (bandes, aéroglisseurs, élévateurs, …) sont utilisés après l’opération de concassage pour transporter les différentes matières entre hall de stockage et les différents installations de l’usine
Homogénéisation et broyage cru
Pré homogénéisation
La préhomogénéisation des matières premières est une opération qui consiste à assurer une composition chimique régulière du mélange des matières premières. Des échantillons du mélange des matières premières sont prélevés lors de la constitution des tas dans une station d’échantillonnage, ces échantillons sont analysés au niveau du laboratoire de l’usine. Les résultats de ces analyses permettent de définir les corrections nécessaires à apporter au mélange des matières premières, ce mélange est dénommé le cru.
Broyage du cru
Le broyage du cru est une opération qui consiste à préparer un mélange homogène avec une bonne répartition granulométrique pour assurer les meilleures conditions de cuisson de la farine.
Le broyage consiste à introduire le cru dans un broyeur pour subir des actions mécaniques afin d’obtenir la farine (une poudre fine de dimension comprise entre 100µm 200µm) est stockée dans un silo d’homogénéisation. Le broyage et le séchage des matières premières se font dans un broyeur vertical à deux paires de galets. Le séchage de la matière est assuré par les gaz chauds en provenance de la tour de préchauffage et du refroidisseur en cas de besoin. La farine obtenue est stockée dans un silo pour être ensuite introduite dans le four.
Remarque Les gaz chauds sont introduits dans le broyeur avec une température d’une moyenne de 200°C, à cette température la matière
crue (entre avec une température de 20°C) subit Figure 2 Broyeur crû une évaporation de l’eau libre et une perte de l’eau physiquement absorbée.
Dépoussiérage
Le transport de la farine du cru par des aéroglisseurs risque de générer des poussières. Le système de dépoussiérage consiste à éliminer les émissions des poussières par l’utilisation de filtre à manches ou d’électrofiltres pour une meilleure protection de l’environnement. A noter que le dépoussiérage n’est pas une opération spécifique à la farine, d’autres ateliers (le broyage du ciment par exemple) comportent des systèmes de dépoussiérage.
Homogénéisation
La farine produite est récupérée dans des transporteurs à chaines, qui alimentent un élévateur à godets et à bandes. Elle est stockée par la suite dans le silo d’homogénéisation et de stockage. Le remplissage de ce silo se fait à partir d’un pot de distribution fluidisé et de quatre aéroglisseurs. Ce mode d’alimentation en quatre points permet une meilleure répartition de la matière dans le silo et augmente l’efficacité de l’homogénéisation qui se fait dans un pot situé à la sortie du silo.
Etape 3 production du clinker
La cuisson s’effectue selon le procédé voie sèche intégrale. La ligne de cuisson est constituée de deux tours de préchauffage à cinq étages de cyclones chacune, ainsi d’un précalcinateur et un four rotatif de 3,8 m de diamètre et de 62 m de longueur, et dont la vitesse de rotation peut atteindre 5,2 tr/min.
Le préchauffage
• principe
Le préchauffage permet essentiellement de préparer la farine du point de vue chimique et thermique. Cette préparation consiste à sécher, déshydrater et décarbonater partiellement la matière crue en réutilisant une partie de l’énergie calorifique évacuée par les gaz du four.
Quelque soient les technologies utilisées (préchauffeurs à cyclones, grilles Lepol …), les préchauffeurs améliorent donc le rendement thermique global de l’installation de cuisson.
La température dans le sommet de la tour peut atteindre 300°C, et au niveau de la chambre de mélange la température est d’une moyenne de 1000°C
Figure 3Tour de préchauffage
• Réactions chimiques dans la tour de préchauffage
Pendant la précalcination, différentes réactions chimiques se déroulent suivant l’intervalle de température
Tableau 1 Les réactions chimiques qui se déroulent au niveau de la tour de préchauffage
Four rotatif
• Principe
Les systèmes des fours sont conçus en cimenterie pour répondre aux exigences chimiques du procédé durant lequel la matière crue est transformée en clinker. Le four rotatif est un cylindre en acier reposant sur des stations de roulement, il est garni intérieurement par des produits réfractaires. Durant la cuisson, le four rotatif est animé d’un mouvement de rotation. La disposition en pente du four (3%) permet le mouvement de la matière première qui est injectée de l’autre extrémité par rapport à la flamme de chauffe. Durant ce déplacement, la matière se transforme par cuisson tout en avançant de son état initial jusqu’à ce qu’elle devienne <<clinkérisée>> à la température de 1450 °. Figure 4 Four rotatif
• Réactions Chimiques dans le four rotatif
Pendant la cuisson de la matière dans le four rotatif, il y a différentes réactions chimiques suivant l’intervalle de température
Tableau 1 Les réactions chimiques qui se déroulent dans le four
Refroidisseur à clinker
Le rôle des refroidisseurs consiste à garantir la trempe du clinker pour avoir une structure minéralogique et des dimensions de cristaux favorables. Les refroidisseurs permettent aussi de baisser la température du clinker pour faciliter la manutention et le stockage. Il existe plusieurs types de refroidisseurs (refroidisseurs à grilles, refroidisseurs rotatifs, refroidisseurs planétaires,…)
Tableau 2 Composition chimique du Clinker
L’air chaud de la première grille est utilisé dans le four pour la combustion du coke de pétrole et une autre partie est transmise au précalcinateur. Une partie des gaz de la deuxième grille est utilisé pour le séchage dans le broyeur crû et dans le broyeur combustible. Le reste des gaz et refroidi dans un échangeur air-air, dépoussiéré dans un filtre à manches puis évacué dans l’atmosphère par la cheminé.
Etape 4 Mouture du ciment
Silo à Clinker
Le clinker issu du four est stocké dans un silo en béton de 45000 tonnes, équipé de quatre casques d’extraction et d’un transporteur à godets et à chaines.
Le stockage du clinker d’une part, confère à l’atelier de broyage ciment une autonomie de marche Figure 5 Silo à Clinker en cas d’arrêt intempestif du four et d’autre part, prémunisse le clinker d’une dégradation physicochimique que causerait un stockage prolongé à l’air libre.
Broyage du ciment
Après refroidissement, le clinker se présente sous forme de nodules gris foncés d’environ 2 cm de diamètre. Pour la fabrication du ciment, le clinker est broyé dans un broyeur vertical de débit 115t/h.
Selon la qualité de ciment souhaitée et en conformité avec les normes marocaines, on peut ajouter dans des proportions bien définies des matières d’addition telles que le gypse qui est un régulateur de prise, le calcaire, la pouzzolane, et les cendres volantes.
Le ciment produit est acheminé au moyen des élévateurs à bandes et à godets puis stocké dans des silos en béton. Ces silos alimentent par la suite le système d’expédition du ciment en vrac et des ateliers d’ensachage.
Stockage et expédition
L’atelier d’ensachage et de distribution du ciment de l’usine de Fès-Ras El Ma est conçu pour la livraison des différents types de ciments, en sac ou en vrac sur camions ou wagons. Il comporte trois ensacheuses rotatives une d’une capacité de 90t/h et deux autres d’une capacité de 120t/h.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 Présentation de l’entreprise
1. Présentation générale de la Société Holcim Maroc
2. L’évolution de la société Holcim au cours des années
2.1 Fiche Signalétique
2.2 Présentation de Holcim Ras El Ma
3. Organigramme de Holcim Ras El Ma
Chapitre 2 Processus de fabrication du ciment à Holcim Ras El Ma
1. Introduction Générale
2. La fabrication du ciment
3. Etape 1 Préparation des matières premières
3.1 La carrière
3.2 Concassage
3.3 Transport des matières premières
1. Four rotatif
1 . Refroidisseur à clinker
2. Etape 4 Mouture du ciment
1. Silo à Clinker
2. Broyage du ciment
3. Stockage et expédition
Chapitre 3 Optimisation de la formation d’un cru stable
I. Le cru
II. Problématique du projet
III. Objectifs du projet
Chapitre 4 Déroulement des expériences
1. Définitions
1.1 Module LSF
1.2 Module silicique
1.3 Module Aluminoferrique
2. Les modes opératoires utilisés pour la préparation des pastilles du cru
Etape 1 préparation de l’échantillon
Etape 2 préparation des pastilles
Etape 3 préparation des pastilles
b) Module Silicique MS (%)
c) Module Alumino-ferrique MAF
d) Détermination de la perte au feu
Préparation du cru
Conclusion générale
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