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Les argiles

On désigne par le terme argile, un mélange naturel de minéraux argileux (par exemple kaolinite chlorite montmorillonite,..) et d’autres minéraux non argileux (quartz, calcite, oxydes variés…) Selon la roche initiale et les conditions climatiques, les modes d’altération des roches, de transport et de sédimentation sont forts différents. C’est la somme de ces différences qui explique pourquoi on peut avoir de manière préférentielle tels minéraux argileux plutôt que tels autres. L’une des propriétés des argiles intéressant le secteur réfractaire est la plasticité.

Cette plasticité est due aux particules très fines qui sont pour la plupart, constituées de minéraux argileux. Les transformations de l’argile peuvent être schématisées en se référant aux trois composants principaux des argiles.  Figure 1 : Transformations chimiques des constituants du kaolin pendant la cuisson La cristobalite est influencée par les impuretés : à partir de 1300° – 1400°C, sa teneur se réduit rapidement à cause de sa fusion dans le verre, ou elle ne se manifeste même pas si l’argile de départ est très riche en alcalis.

En ce qui concerne la mullite, elle n’est pas influencée par la présence des alcalis jusqu’à 1400°C environ. A des températures de cuisson plus élevées, il se produit une auto-purification avec diminution des pourcentages de FeO3 et qu’elle contenait. Il existe une certaine relation entre la porosité et l’état de cuisson d’une argile. Avec des argiles riches en fondants, on arrive déjà au frittage à une base température il se manifeste un gonflement qui est attribué, soit à la décomposition des alcalis, avec formations de bulles et de fentes, soit à la décomposition des pores fermés, de gaz venant de la décomposition des composés organiques ou du soufre présents même en très petite quantité, dans le matériau de départ.

Avec l’augmentation de la température, il y a augmentation de la quantité de la phase vitreuse et les pores ont tendances à être progressivement fermés dans les verres. Mais en même temps, sous l’effet de la température élevée, commence le gonflement qui ayant tendance à faire augmenter la porosité, freine la retrait de l’argile. Par augmentation ultérieure de la température, le gonflement prend le dessus sur le retrait et l’argile commence à se dilater.  La résistance mécanique correspond au développement optimal de la phase vitreuse, dans la mesure où celle ci est en quantité suffisante pour permettre une bonne cimentation des grains cristallins. La dissolution de la cristobalite et de la millite, le gonflement, l’augmentation de phase vitreuse entraînent la fragilité.

Les argiles réfractaires

Les argiles utilisées pour la fabrication de réfractaires sont constituées principalement par des kaolinites. Le kaolin pur (CHINA CLAY) cuit blanc à une réfractarité de 1785°c environs Les argiles qui contiennent de l’halloysite ressemblent apparemment à la kaolinite, mais elles sont plus plastiques et, par cuisson, donnent un matériau plus dense. La présence de fer, de composés alcalins et alcalino- terreux aussi bien que d’autres composants en général, tend à réduire la réfractarité exception faite pour les hydrates d’aluminium, comme la diaspora, la gibbsite et la Boehmite.

Deux points fondamentaux sont donc à considérer :  il n’y a pas de corrélation directe entre la quantité de fondants et l’intervalle de fusion (c’est à dire qu’il dépend du type de composé dans le quel est présent le fondant ce qui vaut surtout pour le fer) ;  il n’est pas à exclure complètement que les argiles contenant des composants kaolinitiques en faibles quantités réduisant ainsi la réfractarité, ne puissent pas être utilisées pour les produits réfractaires. Par exemple, la présence de grains de quartz peut diminuer le retrait sans provoquer une réduction notable de la température de fusion.

Les argiles constituées par la kaolinite l’illite et le quartz, avec nette prédominance de kaolinite qui les rend réfractaires sont appelés FIRE CLAY. Ces matériaux sont utilisés pour les coulées des aciéries puisqu’ils présentent une dilatation à chaud dans les conséquences positives sont plus importantes que la réduction de réfractarité. Les argiles caractérisées par la présence des masses kaoliniques pures, dense, dure et non plastiques, à gros grains bien cristallisées sont appelées FLINT CLAYS ou TONSTERN et sont différemment colorées du blanc ou rouge violet, selon leurs impuretés.