Elaboration of silicate ceramics clays-based and a vegetable waste from Central African Republic : physicochemical characteristics and sintering
Elaboration de céramiques silicatées à base des matières premières argileuses et d'un déchet végétal de Centrafrique : Caractéristiques physicochimiques et frittage
Résumé
In recent years waste management has become an important concern worldwide. Current regulations require the valorization of these wastes in order to limit the landfill disposal volume and to preserve natural resources exploitation. Indeed, in the field of ceramics, some organic wastes are used for the elaboration of construction clay-based materials. In this context, three clay deposits (labeled NZ1, NZ2 and KO) located in Bangui (capital of Central African Republic, CAR) and one organic waste (plantain skins: Musa Paradisiaca, labeled MP) commonly found in CAR (and in the tropical region) were selected to perform this work. These clays, mainly constituted with kaolinite, illites and quartz, appeared to be suitable for the manufacture of earthenware. For NZ1 or KO samples, the open porosity decreased significantly while the thermal conductivity and stress to rupture values increased continuously upon increasing sintering temperature from 900 to 1200 °C. By adding 3% and 5 mass% of MP to KO and NZ1 respectively, the mechanical resistance was improved by a rate of 10% after firing at 1000 °C. Consequently, a reduction of energy cost during firing (ΔT 100 to 200 °C) was achieved. For NZ2 – MP mixtures sintered at 1100 °C for 1h or 2h, the open porosity was between 36 and 40% while the compressive strength was significantly decreased (by a rate of 60%). The sintering of these clay-based materials involved viscous flow and grain boundary diffusion mechanisms respectively while increasing the sintering temperature. The addition of MP enhanced the occurrence of the flux, leading to a better strengthening of NZ1 and KO samples after sintering at 1000 °C. The values of thermal conductivity and stress to rupture calculated for the solid phase allowed highlighting the effect of mullite crystallization and amorphous phase content regarding the studied compositions.
La gestion des déchets est devenue une préoccupation importante à l’échelle globale ces dernières années. Aujourd'hui, la réglementation impose la valorisation de ces déchets afin de limiter les quantités mises en décharge et de préserver les ressources naturelles. C’est ainsi que dans le domaine de la céramique, certains déchets organiques sont utilisés pour l’élaboration des matériaux de construction à base d’argiles. Dans ce contexte, trois sites argileux (notés NZ1, NZ2 et KO) et un déchet organique (peaux de plantain : Musa Paradisiaca, noté MP) abondant en Centrafrique (et dans toute la région tropicale), ont été visés pour ce travail. Il en résulte que ces argiles, riches en kaolinite, illites et quartz, peuvent être utilisées dans le domaine des terres cuites. Pour NZ1 et KO, la porosité ouverte diminue de 50% avec l'augmentation de la température de frittage entre 900 et 1200 °C, tandis que leurs valeurs de conductivité thermique et de contrainte à la rupture sont améliorées. L’ajout de 3 et 5% de MP, respectivement pour KO et NZ1 a permis d’améliorer la résistance à la compression diamétrale d’au moins 10% des céramiques obtenues. Une diminution significative de température de cuisson a été observée, conduisant à une économie d'énergie de cuisson (ΔT entre 100 à 200 °C). Pour l’argile NZ2, l'incorporation de MP conduit à une porosité ouverte comprise entre 36 et 40% et à une diminution de près de 60% de la résistance à la compression diamétrale après une cuisson à 1100 °C. Dans tous les systèmes argileux, le frittage par flux visqueux est prépondérant dès le début de la consolidation et est couplé avec un mécanisme de diffusion aux joints de grains avec l’augmentation de la température de frittage. La présence de MP, contribue à favoriser le développement du flux visqueux, d’où l’amélioration de l’état de densification observé pour NZ1 et KO à 1000 °C. Les valeurs de conductivité thermique et de contrainte à la rupture du squelette solide ont permis de qualifier l’incidence de la formation de mullite et de la quantité de phase amorphe au regard des compositions respectives de ces matériaux argileux.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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