Etude de quelques matériaux argileux du site de Lembo (Cameroun ...

Chapitre I : Généralités sur les argiles, le frittage et la cristallisation de la mullite
formée pendant le phénomène exothermique reste faible et indépendante de la vitesse de
chauffe (variant de 3 à 20 °C/min). En revanche, entre 1100 et 1150 °C, une chauffe rapide
favorise la formation d’une mullite bien ordonnée, de structure orthorhombique, au sein des
produits de transformation de la kaolinite. Les cristaux formés dans ce domaine de
température sont essentiellement anisotropes et se présentent sous forme d’aiguilles incluses.
Ces cristaux, de stœchiométries différentes, sont donc essentiellement obtenus par croissance
à travers un mécanisme diffusionnel entre les zones riches en alumine et celles riches en
silice. Ces zones sont séparées sous l’influence de la température et du temps. La diminution
du nombre d’aiguilles formées quand la vitesse de chauffe augmente est largement compensée
par une croissance (de leur taille) beaucoup plus importante. Il a aussi été observé que la
teneur en Al2O3 et le volume de maille de la mullite formée au sein des produits issus de la
métakaolinite étaient plus élevés quand le traitement thermique était rapide.
Soro [56, 57] a examiné l’influence des ions Fe 3+ sur les transformations de la kaolinite
et notamment sur la formation de la mullite. Pour cela, par voie chimique, il a ajouté des
quantités connues d’ions Fe 3+ à 2 kaolins de référence KGa-1b et KGa-2 (provenant de l’État
de Georgie, USA) contenant respectivement 96 % en masse de kaolinite bien cristallisée
(associée à ≈1 % de quartz, ≈1 % d’anatase et ≈2 % de gibbsite) et 97 % de kaolinite mal
cristallisée (associée à ≈1 % de quartz, ≈2 % d’anatase et 1,13 % de Fe2O3 détecté dans le
réseau de cette kaolinite) et un kaolin KF moins pur (commercialisé par la société Damrec)
constitué de ≈85 % en masse de kaolinite bien cristallisée, associé à ≈11 % de quartz, ≈1 %
d’anatase et à des traces de mica. Il a observé que la réorganisation structurale du métakaolin,
associée à une ségrégation du matériau en 2 types de nanodomaines respectivement riches en
SiO2 et en Al2O3, ne s’accompagne que de la formation d’une phase de structure spinelle à
l’intérieur des nanodomaines riches en Al2O3. Le caractère exothermique de la réorganisation
structurale du métakaolin est très fortement atténué par la diffusion dans le produit de
décomposition de la kaolinite des ions Fe 3+ ajoutés. L’auteur observe que la formation de
mullite primaire a lieu à plus haute température. Au-dessus de 1100 °C, les ions Fe 3+
favorisent la transformation de la phase spinelle en mullite et accélèrent très fortement la
mullitisation du reste des nanodomaines riches en Al2O3 par une augmentation des
coefficients de diffusion. En présence d’importante quantité de fer, la quantité de mullite
formée après 1 h de chauffage à 1150 °C, peut dépasser 50 % en masse de produit.
La mullite secondaire apparaît à plus haute température. Sa formation est associée à un
phénomène exothermique dont la température diminue avec la croissance de la teneur en Fe 3+ .
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